KR20230000596A - Semiconductor memory device and operating method thereof - Google Patents

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Abstract

A method of operating a semiconductor memory device includes performing a plurality of program loops for programming selected memory cells among a plurality of memory cells. Each of the plurality of program loops includes a program step and a verify step. The program step includes the phases of: setting a state of a select line connected to a selected memory block including the selected memory cells; setting the state of the select line connected to the selected memory block; and applying a program voltage to a word line selected from among word lines connected to the selected memory block and applying a pass voltage to an unselected word line. In the phase of setting the state of the select line connected to the selected memory block, a voltage is applied to the select line based on the progress state of the program of the selected memory cells. According to the present invention, the method of operating a semiconductor memory device can prevent disturbance while narrowing the width of the distribution of a threshold voltage of memory cells during programming.

Description

반도체 메모리 장치 및 그 동작 방법 {SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}Semiconductor memory device and its operating method {SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 메모리 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electronic device, and more particularly, to a semiconductor memory device and an operating method thereof.

반도체 메모리 장치는 스트링이 반도체 기판에 수평하게 배열된 2차원 구조로 형성되거나, 스트링이 반도체 기판에 수직으로 적층된 3차원 구조로 형성될 수 있다. 3차원 반도체 메모리 장치는 2차원 메모리 장치의 집적도 한계를 해소하기 위하여 고안된 반도체 메모리 장치로써, 반도체 기판 상에 수직방향으로 적층된 다수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 한편, 컨트롤러는 반도체 메모리 장치의 동작을 제어할 수 있다.The semiconductor memory device may have a 2D structure in which strings are horizontally arranged on a semiconductor substrate or a 3D structure in which strings are vertically stacked on a semiconductor substrate. A 3D semiconductor memory device is a semiconductor memory device designed to overcome the integration limit of a 2D memory device, and may include a plurality of memory cells vertically stacked on a semiconductor substrate. Meanwhile, the controller may control the operation of the semiconductor memory device.

본 발명의 실시예는 프로그램 시 메모리 셀들의 문턱 전압 분포 폭을 좁히면서 디스터브 또한 방지할 수 있는 반도체 메모리 장치 및 그 동작 방법을 제공한다. Embodiments of the present invention provide a semiconductor memory device capable of preventing disturb while narrowing a threshold voltage distribution width of memory cells during programming, and an operating method thereof.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들을 프로그램하기 위한 복수의 프로그램 루프를 포함한다. 상기 복수의 프로그램 루프 각각은 프로그램 단계 및 검증 단계를 포함한다. 상기 프로그램 단계는 상기 선택된 메모리 셀들을 포함하는, 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하는 단계, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 단계, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들 중 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하고, 비선택된 워드 라인에 패스 전압을 인가하는 단계를 포함한다. 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인들의 상태를 설정하는 단계에서는, 상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 선택 라인에 전압을 인가한다.A method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of program loops for programming selected memory cells among a plurality of memory cells. Each of the plurality of program loops includes a program step and a verify step. The programming step may include setting a state of a selection line connected to the selected memory block, including the selected memory cells, setting a state of a bit line connected to the selected memory block, and word lines connected to the selected memory block. Among them, a program voltage is applied to the selected word line and a pass voltage is applied to the unselected word line. In the step of setting states of selection lines connected to the selected memory block, a voltage is applied to the selection lines based on a program progress state of the selected memory cells.

일 실시 예에서, 상기 복수의 메모리 셀들 각각은 N 비트의 데이터를 저장할 수 있다. 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인들의 상태를 설정하는 단계는 직전 프로그램 루프의 검증 단계에서 프로그램 완료된 프로그램 상태를 확인하는 단계 및 상기 확인 결과, 제1 내지 제(2N-1) 프로그램 상태 중, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 상기 선택 라인에 제1 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, N은 1보다 큰 자연수이고, i는 0보다 크고 (2N-1)보다 작은 자연수일 수 있다.In one embodiment, each of the plurality of memory cells may store N-bit data. The step of setting the state of the selection lines connected to the selected memory block is the step of checking the state of the program that has been programmed in the verification step of the previous program loop, and as a result of the checking, among the first to (2 N -1)th program states, The method may include applying a first voltage to the selection line when programming of memory cells to be programmed to the i-program state is not completed. Here, N is a natural number greater than 1, and i may be a natural number greater than 0 and less than (2 N -1).

일 실시 예에서, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인들의 상태를 설정하는 단계는, 상기 확인 결과, 상기 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 상기 선택 라인에 상기 제1 전압과 상이한 제2 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the setting of the states of the selection lines connected to the selected memory block may include, as a result of the checking, programming of memory cells to be programmed to the i-th programmed state is completed, and the first voltage and the first voltage are applied to the selection line. It may include applying a different second voltage.

일 실시 예에서, 상기 선택 라인은 드레인 선택 라인일 수 있다.In one embodiment, the selection line may be a drain selection line.

일 실시 예에서, 상기 선택 라인은 소스 선택 라인일 수 있다.In one embodiment, the selection line may be a source selection line.

일 실시 예에서, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 작을 수 있다.In one embodiment, the second voltage may be lower than the first voltage.

일 실시 예에서, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 클 수 있다.In one embodiment, the second voltage may be greater than the first voltage.

일 실시 예에서, 상기 N은 2이고, 상기 i는 2일 수 있다.In one embodiment, the N may be 2 and the i may be 2.

일 실시 예에서, 상기 N은 3이고, 상기 i는 6일 수 있다.In one embodiment, the N may be 3 and the i may be 6.

일 실시 예에서, 상기 검증 단계는 상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프리 검증 전압을 인가하는 단계 및 상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 상기 프리 검증 전압보다 큰 메인 검증 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the verifying step includes applying a pre-verification voltage to a word line connected to the selected memory cells and applying a main verify voltage higher than the pre-verification voltage to a word line connected to the selected memory cells. can do.

일 실시 예에서, 상기 검증 단계는 상기 메인 검증 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the verifying step may further include determining memory cells having threshold voltages higher than the main verifying voltage as program inhibit cells.

일 실시 예에서, 상기 검증 단계는 상기 프리 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 제1 프로그램 허용 셀로 결정하는 단계 및 상기 프리 검증 전압보다 높고 상기 메인 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 상기 제2 프로그램 허용 셀로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the verifying may include determining memory cells having threshold voltages lower than the pre-verification voltage as first program-allowed cells, and memory cells having threshold voltages higher than the pre-verification voltage and lower than the main verification voltage. The method may further include determining the second program permitted cell.

일 실시 예에서, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 단계는 상기 제1 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 제1 프로그램 허용 전압을 인가하는 단계 및 상기 제2 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제1 프로그램 허용 전압보다 큰 제2 프로그램 허용 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, setting a state of a bit line connected to the selected memory block may include applying a first program enable voltage to a bit line connected to the first program enable cell and a bit connected to the second program enable cell. The method may further include applying a second program allowable voltage higher than the first program allowable voltage to a line.

일 실시 예에서, 상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 단계는 상기 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제2 프로그램 허용 전압보다 큰 프로그램 금지 전압을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, setting the state of the bit line connected to the selected memory cells may further include applying a program inhibit voltage higher than the second program enable voltage to a bit line connected to the program inhibit cell. .

본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치는 메모리 블록, 주변 회로 및 제어 로직을 포함한다. 상기 메모리 블록은 메모리 셀 당 N 비트의 데이터를 저장하는 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 상기 주변 회로는 상기 메모리 블록에 포함된 복수의 메모리 셀들 중, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작을 수행한다. 상기 제어 로직은 상기 주변 회로의 프로그램 동작을 제어한다. 상기 프로그램 동작은 복수의 프로그램 루프를 포함하고, 상기 복수의 프로그램 루프 각각은 프로그램 단계 및 검증 단계를 포함한다. 상기 프로그램 단계에서 상기 제어 로직은 상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하고, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하며, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들 중 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하고, 비선택된 워드 라인에 패스 전압을 인가하도록, 상기 주변 회로를 제어한다. 여기에서, N은 1보다 큰 자연수이다.A semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention includes a memory block, a peripheral circuit, and a control logic. The memory block includes a plurality of memory cells that store N bits of data per memory cell. The peripheral circuit performs a program operation on selected memory cells among a plurality of memory cells included in the memory block. The control logic controls a program operation of the peripheral circuit. The program operation includes a plurality of program loops, and each of the plurality of program loops includes a program step and a verify step. In the programming step, the control logic sets a state of a selection line connected to the memory block based on a program progress state of the selected memory cells, sets a state of a bit line connected to the selected memory block, and sets a state of a bit line connected to the selected memory block. The peripheral circuit is controlled so that a program voltage is applied to a selected word line among word lines connected to , and a pass voltage is applied to an unselected word line. Here, N is a natural number greater than 1.

일 실시 예에서, 상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하는 과정에서, 상기 제어 로직은, 직전 프로그램 루프의 검증 단계에서 프로그램 완료된 프로그램 상태를 확인하고, 상기 확인 결과, 제1 내지 제(2N-1) 프로그램 상태 중, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 상기 선택 라인에 제1 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어할 수 있다. 여기에서, i는 0보다 크고 (2N-1)보다 작은 자연수일 수 있다.In an embodiment, in a process of setting a state of a selection line connected to the memory block based on a program progress state of the selected memory cells, the control logic checks a program state that has been programmed in a verification step of a previous program loop, , As a result of the check, if the programming of memory cells to be programmed to the i-th program state is not completed among the first to (2 N -1)-th program states, the peripheral circuit is configured to apply a first voltage to the selection line. You can control it. Here, i may be a natural number greater than 0 and less than (2 N -1).

일 실시 예에서, 상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하는 과정에서, 상기 제어 로직은, 상기 확인 결과, 제1 내지 제(2N-1) 프로그램 상태 중, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 상기 선택 라인에 상기 제1 전압과 상이한 제2 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어할 수 있다.In one embodiment, in the process of setting the state of the selection line connected to the memory block based on the program progress state of the selected memory cells, the control logic determines the first to (2 N -1) When programming of memory cells to be programmed to the i-th program state is completed during the program state, the peripheral circuit may be controlled to apply a second voltage different from the first voltage to the selection line.

일 실시 예에서, 상기 선택 라인은 드레인 선택 라인이고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 작을 수 있다.In an embodiment, the selection line is a drain selection line, and the second voltage may be lower than the first voltage.

일 실시 예에서, 상기 검증 단계에서 상기 제어 로직은 상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프리 검증 전압을 인가하고, 상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 상기 프리 검증 전압보다 큰 메인 검증 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어할 수 있다. 상기 제어 로직은 상기 메인 검증 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정하고, 상기 프리 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 제1 프로그램 허용 셀로 결정하며, 상기 프리 검증 전압보다 높고 상기 메인 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 상기 제2 프로그램 허용 셀로 결정할 수 있다.In an embodiment, in the verifying step, the control logic may apply a pre-verification voltage to a word line connected to the selected memory cells, and apply a main verification voltage higher than the pre-verification voltage to a word line connected to the selected memory cells. The peripheral circuit can be controlled. The control logic determines memory cells having a threshold voltage higher than the main verify voltage as program inhibit cells, and determines memory cells having a threshold voltage lower than the pre verify voltage as first program permitted cells, and determines memory cells having a threshold voltage lower than the pre verify voltage as first program permitted cells. Memory cells having a threshold voltage lower than the main verification voltage may be determined as the second program allowable cells.

일 실시 예에서, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 과정에서, 상기 제어 로직은, 상기 제1 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 제1 프로그램 허용 전압을 인가하고, 상기 제2 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제1 프로그램 허용 전압보다 큰 제2 프로그램 허용 전압을 인가하며, 상기 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제2 프로그램 허용 전압보다 큰 프로그램 금지 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어할 수 있다.In an embodiment, in the process of setting a state of a bit line connected to the selected memory block, the control logic may apply a first program allow voltage to a bit line connected to the first program allow cell, and may apply the second program allow voltage to the bit line. The peripheral circuit applies a second program enable voltage higher than the first program enable voltage to a bit line connected to the enable cell, and applies a program enable voltage higher than the second program enable voltage to a bit line connected to the program inhibit cell. can control.

본 기술은 프로그램 시 메모리 셀들의 문턱 전압 분포 폭을 좁히면서 디스터브 또한 방지할 수 있는 반도체 메모리 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다. The present technology can provide a semiconductor memory device and an operating method capable of preventing disturb while narrowing a threshold voltage distribution width of memory cells during programming.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치 및 컨트롤러를 포함하는 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 반도체 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 메모리 셀 어레이의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKa)을 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKb)의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 6은 도 2의 메모리 셀 어레이(110)에 포함된 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKc)의 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 7은 프로그램 동작에 포함되는 복수의 프로그램 루프와, 각 프로그램 루프에 포함되는 프로그램 단계 및 검증 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 도 8의 단계(S110)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 10은 싱글-레벨 셀(single-level cell; SLC)의 프로그램 동작 후 문턱 전압 분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 9의 단계(S210)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 9의 단계(S250)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 13은 프로그램 허용 셀과 프로그램 금지 셀의 문턱 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 프리 검증 전압(Vvf_p) 및 메인 검증 전압(Vvf_m)을 사용하는 검증 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 도 9의 단계(S250)의 다른 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 16은 도 9의 단계(S210)의 다른 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 17은 제1 프로그램 허용 셀, 제2 프로그램 허용 셀 및 프로그램 금지 셀의 문턱 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 멀티-레벨 셀(multi-level cell; MLC)의 프로그램 동작 후 문턱 전압 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로그램 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 20은 도 9의 단계(S200)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 21a는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 21b는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 22는 도 21a 내지 도 21b를 통해 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 다른 측면에서 설명하기 위한 그래프이다.
도 23a는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 다른 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 23b는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 다른 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 24는 도 23a 내지 도 23b를 통해 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 다른 측면에서 설명하기 위한 그래프이다.
도 25는 도 9의 단계(S200)의 다른 실시 예를 나타내는 순서도이다.
도 26은 도 1에 도시된 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 27은 도 26의 메모리 시스템의 응용 예를 보여주는 블록도이다.
도 28은 도 27을 참조하여 설명된 메모리 시스템을 포함하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
1 is a block diagram illustrating a memory system including a semiconductor memory device and a controller according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the semiconductor memory device of FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the memory cell array of FIG. 2 .
FIG. 4 is a circuit diagram showing one memory block BLKa among the memory blocks BLK1 to BLKz of FIG. 3 .
FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of one memory block BLKb among the memory blocks BLK1 to BLKz of FIG. 3 .
FIG. 6 is a circuit diagram showing an embodiment of one memory block BLKc among a plurality of memory blocks BLK1 to BLKz included in the memory cell array 110 of FIG. 2 .
7 is a diagram for explaining a plurality of program loops included in a program operation, and a program step and a verification step included in each program loop.
8 is a flowchart illustrating an operating method of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating an embodiment of step S110 of FIG. 8 .
10 is a graph showing a threshold voltage distribution after a program operation of a single-level cell (SLC).
11 is a flowchart illustrating an embodiment of step S210 of FIG. 9 .
12 is a flowchart illustrating an embodiment of step S250 of FIG. 9 .
13 is a diagram for explaining threshold voltages of a program-allowed cell and a program-inhibited cell.
14 is a graph for explaining a verification operation using a pre-verification voltage Vvf_p and a main verification voltage Vvf_m according to an embodiment of the present invention.
15 is a flowchart illustrating another embodiment of step S250 of FIG. 9 .
16 is a flowchart illustrating another embodiment of step S210 of FIG. 9 .
FIG. 17 is a diagram for explaining threshold voltages of first program permitted cells, second program permitted cells, and program inhibited cells.
18 is a graph showing a threshold voltage distribution after a program operation of a multi-level cell (MLC).
19 is a timing diagram for explaining a program operation according to an embodiment of the present invention.
20 is a flowchart illustrating an embodiment of step S200 of FIG. 9 .
21A is a timing diagram illustrating an operation of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is not completed. 21B is a timing diagram illustrating an operation of the semiconductor memory device according to an exemplary embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is completed.
22 is a graph for explaining an operating method of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment described with reference to FIGS. 21A and 21B from another aspect.
23A is a timing diagram for describing an operation of a semiconductor memory device according to another embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is not completed. 23B is a timing diagram illustrating an operation of a semiconductor memory device according to another embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is completed.
24 is a graph for explaining an operating method of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment described with reference to FIGS. 23A and 23B from another aspect.
25 is a flowchart illustrating another embodiment of step S200 of FIG. 9 .
26 is a block diagram illustrating an example of the controller shown in FIG. 1 .
27 is a block diagram illustrating an application example of the memory system of FIG. 26 .
FIG. 28 is a block diagram illustrating a computing system including the memory system described with reference to FIG. 27 .

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in the present specification or application are only exemplified for the purpose of explaining the embodiment according to the concept of the present invention, and the implementation according to the concept of the present invention Examples may be embodied in many forms and should not be construed as limited to the embodiments described in this specification or application.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치 및 컨트롤러를 포함하는 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a memory system including a semiconductor memory device and a controller according to an exemplary embodiment.

도 1을 참조하면, 메모리 시스템(1000)은 반도체 메모리 장치(100) 및 컨트롤러(200)를 포함한다. 또한 메모리 시스템(1000)은 호스트(300)와 통신한다. 컨트롤러(200)는 반도체 메모리 장치(100)의 제반 동작을 제어한다. 또한 컨트롤러(200)는 호스트(300)로부터 수신한 커맨드에 기초하여 반도체 메모리 장치(100)의 동작을 제어한다.Referring to FIG. 1 , a memory system 1000 includes a semiconductor memory device 100 and a controller 200 . Also, the memory system 1000 communicates with the host 300 . The controller 200 controls overall operations of the semiconductor memory device 100 . Also, the controller 200 controls the operation of the semiconductor memory device 100 based on a command received from the host 300 .

도 2는 도 1의 반도체 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating the semiconductor memory device of FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 반도체 메모리 장치(100)는 메모리 셀 어레이(110), 어드레스 디코더(120), 읽기 및 쓰기 회로(130), 제어 로직(140) 및 전압 생성부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the semiconductor memory device 100 includes a memory cell array 110 , an address decoder 120 , a read and write circuit 130 , a control logic 140 and a voltage generator 150 .

메모리 셀 어레이(110)는 다수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)을 포함한다. 다수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)은 워드라인들(WL)을 통해 어드레스 디코더(120)에 연결된다. 다수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)은 비트 라인들(BL1 내지 BLm)을 통해 읽기 및 쓰기 회로(130)에 연결된다. 다수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 각각은 다수의 메모리 셀들을 포함한다. 실시 예로서, 다수의 메모리 셀들은 불휘발성 메모리 셀들이며, 수직 채널 구조를 갖는 불휘발성 메모리 셀들로 구성될 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이(110)는 2차원 구조의 메모리 셀 어레이로 구성될 수 있다. 실시 예에 따라, 상기 메모리 셀 어레이(110)는 3차원 구조의 메모리 셀 어레이로 구성될 수 있다. 한편, 메모리 셀 어레이에 포함되는 복수의 메모리 셀들은 복수의 메모리 셀들 각각은 적어도 1비트의 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시 예에서, 메모리 셀 어레이(110)에 포함되는 복수의 메모리 셀들 각각은 1 비트의 데이터를 저장하는 싱글-레벨 셀(single-level cell; SLC)일 수 있다. 다른 실시 예에서, 메모리 셀 어레이(110)에 포함되는 복수의 메모리 셀들 각각은 2 비트의 데이터를 저장하는 멀티-레벨 셀(multi-level cell; MLC)일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 메모리 셀 어레이(110)에 포함되는 복수의 메모리 셀들 각각은 3 비트의 데이터를 저장하는 트리플-레벨 셀(triple-level cell; TLC)일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 메모리 셀 어레이(110)에 포함되는 복수의 메모리 셀들 각각은 4 비트의 데이터를 저장하는 쿼드-레벨 셀(quad-level cell; QLC)일 수 있다. 실시 예에 따라, 메모리 셀 어레이(110)는 5 비트 이상의 데이터를 각각 저장하는 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다.The memory cell array 110 includes a plurality of memory blocks BLK1 to BLKz. The plurality of memory blocks BLK1 to BLKz are connected to the address decoder 120 through word lines WL. The plurality of memory blocks BLK1 to BLKz are connected to the read and write circuit 130 through bit lines BL1 to BLm. Each of the plurality of memory blocks BLK1 to BLKz includes a plurality of memory cells. As an example embodiment, the plurality of memory cells are nonvolatile memory cells and may include nonvolatile memory cells having a vertical channel structure. The memory cell array 110 may include a two-dimensional memory cell array. According to an embodiment, the memory cell array 110 may be configured as a three-dimensional memory cell array. Meanwhile, each of the plurality of memory cells included in the memory cell array may store at least 1 bit of data. In one embodiment, each of a plurality of memory cells included in the memory cell array 110 may be a single-level cell (SLC) that stores 1-bit data. In another embodiment, each of a plurality of memory cells included in the memory cell array 110 may be a multi-level cell (MLC) that stores 2-bit data. In another embodiment, each of the plurality of memory cells included in the memory cell array 110 may be a triple-level cell (TLC) that stores 3-bit data. In another embodiment, each of the plurality of memory cells included in the memory cell array 110 may be a quad-level cell (QLC) that stores 4-bit data. According to an embodiment, the memory cell array 110 may include a plurality of memory cells each storing 5-bit or more data.

어드레스 디코더(120), 읽기 및 쓰기 회로(130) 및 전압 생성부(150)는 메모리 셀 어레이(110)를 구동하는 주변 회로로서 동작한다. 어드레스 디코더(120)는 워드라인들(WL)을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결된다. 어드레스 디코더(120)는 제어 로직(140)의 제어에 응답하여 동작하도록 구성된다. 어드레스 디코더(120)는 반도체 메모리 장치(100) 내부의 입출력 버퍼(미도시)를 통해 어드레스를 수신한다. The address decoder 120 , the read/write circuit 130 , and the voltage generator 150 operate as peripheral circuits for driving the memory cell array 110 . The address decoder 120 is connected to the memory cell array 110 through word lines WL. The address decoder 120 is configured to operate in response to control of the control logic 140 . The address decoder 120 receives an address through an input/output buffer (not shown) inside the semiconductor memory device 100 .

어드레스 디코더(120)는 수신된 어드레스 중 블록 어드레스를 디코딩하도록 구성된다. 어드레스 디코더(120)는 디코딩된 블록 어드레스에 따라 적어도 하나의 메모리 블록을 선택한다. 또한 어드레스 디코더(120)는 읽기 동작 중 읽기 전압 인가 동작 시 선택된 메모리 블록 중 선택된 워드라인에 전압 생성부(150)에서 발생된 읽기 전압(Vread)를 선택된 워드라인에 인가하고, 나머지 비 선택된 워드라인들에는 패스 전압(Vpass)을 인가한다. 또한 프로그램 검증 동작 시에는 선택된 메모리 블록 중 선택된 워드라인에 전압 생성부(150)에서 발생된 검증 전압을 선택된 워드라인에 인가하고, 나머지 비 선택된 워드라인들에는 패스 전압(Vpass)을 인가한다. The address decoder 120 is configured to decode a block address among received addresses. The address decoder 120 selects at least one memory block according to the decoded block address. In addition, during a read voltage application operation during a read operation, the address decoder 120 applies the read voltage Vread generated by the voltage generator 150 to the selected word line among the selected memory blocks and the other non-selected word lines. A pass voltage Vpass is applied to them. Also, during the program verify operation, the verify voltage generated by the voltage generator 150 is applied to the selected word line among the selected memory blocks, and the pass voltage Vpass is applied to the remaining non-selected word lines.

어드레스 디코더(120)는 수신된 어드레스 중 열 어드레스를 디코딩하도록 구성된다. 어드레스 디코더(120)는 디코딩된 열 어드레스를 읽기 및 쓰기 회로(130)에 전송한다.The address decoder 120 is configured to decode a column address among received addresses. The address decoder 120 transmits the decoded column address to the read and write circuit 130 .

반도체 메모리 장치(100)의 읽기 동작 및 프로그램 동작은 페이지 단위로 수행된다. 리드 동작 및 프로그램 동작 요청 시에 수신되는 어드레스는 블록 어드레스, 행 어드레스 및 열 어드레스를 포함한다. 어드레스 디코더(120)는 블록 어드레스 및 행 어드레스에 따라 하나의 메모리 블록 및 하나의 워드라인을 선택한다. 열 어드레스는 어드레스 디코더(120)에 의해 디코딩되어 읽기 및 쓰기 회로(130)에 제공된다. A read operation and a program operation of the semiconductor memory device 100 are performed in units of pages. Addresses received upon request for read operations and program operations include block addresses, row addresses, and column addresses. The address decoder 120 selects one memory block and one word line according to the block address and row address. The column address is decoded by the address decoder 120 and provided to the read and write circuit 130.

어드레스 디코더(120)는 블록 디코더, 행 디코더, 열 디코더 및 어드레스 버퍼 등을 포함할 수 있다.The address decoder 120 may include a block decoder, a row decoder, a column decoder, and an address buffer.

읽기 및 쓰기 회로(130)는 다수의 페이지 버퍼들(PB1~PBm)을 포함한다. 읽기 및 쓰기 회로(130)는 메모리 셀 어레이(110)의 읽기 동작시에는 "읽기 회로(read circuit)"로 동작하고, 기입 동작시에는 "쓰기 회로(write circuit)"로 동작할 수 있다. 다수의 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 비트 라인들(BL1~BLm)을 통해 메모리 셀 어레이(110)에 연결된다. 다수의 페이지 버퍼들(PB1~PBm)은 읽기 동작 및 프로그램 검증 동작 시 메모리 셀들의 문턱 전압을 센싱하기 위하여 메모리 셀들과 연결된 비트라인들에 센싱 전류를 계속적으로 공급하면서 대응하는 메모리 셀의 프로그램 상태에 따라 흐르는 전류량이 변화되는 것 센싱 노드를 통해 감지하여 센싱 데이터로 래치한다. 읽기 및 쓰기 회로(130)는 제어 로직(140)에서 출력되는 페이지 버퍼 제어 신호들에 응답하여 동작한다.The read and write circuit 130 includes a plurality of page buffers PB1 to PBm. The read and write circuit 130 may operate as a "read circuit" during a read operation of the memory cell array 110 and as a "write circuit" during a write operation. The plurality of page buffers PB1 to PBm are connected to the memory cell array 110 through bit lines BL1 to BLm. The plurality of page buffers PB1 to PBm continuously supply sensing current to bit lines connected to memory cells in order to sense the threshold voltages of the memory cells during a read operation and a program verify operation, while monitoring the program state of the corresponding memory cell. A change in the amount of current flowing along is sensed through the sensing node and latched as sensing data. The read/write circuit 130 operates in response to page buffer control signals output from the control logic 140 .

읽기 및 쓰기 회로(130)는 읽기 동작시 메모리 셀의 데이터를 센싱하여 독출 데이터를 임시 저장한 후 반도체 메모리 장치(100)의 입출력 버퍼(미도시)로 데이터(DATA)를 출력한다. 예시적인 실시 예로서, 읽기 및 쓰기 회로(130)는 페이지 버퍼들(또는 페이지 레지스터들) 이외에도 열 선택 회로 등을 포함할 수 있다.The read/write circuit 130 senses data of a memory cell during a read operation, temporarily stores the read data, and then outputs data DATA to an input/output buffer (not shown) of the semiconductor memory device 100 . As an exemplary embodiment, the read/write circuit 130 may include a column select circuit in addition to page buffers (or page registers).

제어 로직(140)은 어드레스 디코더(120), 읽기 및 쓰기 회로(130), 및 전압 생성부(150)에 연결된다. 제어 로직(140)은 반도체 메모리 장치(100)의 입출력 버퍼(미도시)를 통해 명령어(CMD) 및 제어 신호(CTRL)를 수신한다. 제어 로직(140)은 제어 신호(CTRL)에 응답하여 반도체 메모리 장치(100)의 제반 동작을 제어하도록 구성된다. 또한 제어 로직(140)은 다수의 페이지 버퍼들(PB1~PBm)의 센싱 노드 프리차지 전위 레벨을 조절하기 위한 제어신호를 출력한다. 제어 로직(140)은 메모리 셀 어레이(110)의 읽기 동작(read operation)을 수행하도록 읽기 및 쓰기 회로(130)를 제어할 수 있다.The control logic 140 is connected to the address decoder 120 , the read and write circuit 130 , and the voltage generator 150 . The control logic 140 receives a command CMD and a control signal CTRL through an input/output buffer (not shown) of the semiconductor memory device 100 . The control logic 140 is configured to control overall operations of the semiconductor memory device 100 in response to the control signal CTRL. Also, the control logic 140 outputs a control signal for adjusting the level of the precharge potential of the sensing node of the plurality of page buffers PB1 to PBm. The control logic 140 may control the read/write circuit 130 to perform a read operation of the memory cell array 110 .

전압 생성부(150)는 제어 로직(140)에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 읽기 동작시 리드 전압(Vread) 및 패스 전압(Vpass)을 생성한다. 전압 생성부(150)는 다양한 전압 레벨들을 갖는 복수의 전압들을 생성하기 위해서, 내부 전원 전압을 수신하는 복수의 펌핑 커패시터들을 포함하고, 제어 로직(140)의 제어에 응답하여 복수의 펌핑 커패시터들을 선택적으로 활성화하여 복수의 전압들을 생성할 것이다. 전술한 바와 같이, 전압 생성부(150)는 차지 펌프(charge pump)를 포함할 수 있으며, 상기 차지 펌프는 상술한 복수의 펌핑 커패시터들을 포함할 수 있다. 전압 생성부(150)에 포함되는 차지 펌프의 구체적인 구성은 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있다. The voltage generator 150 generates a read voltage Vread and a pass voltage Vpass during a read operation in response to a control signal output from the control logic 140 . The voltage generator 150 includes a plurality of pumping capacitors receiving an internal power supply voltage in order to generate a plurality of voltages having various voltage levels, and selects the plurality of pumping capacitors in response to the control of the control logic 140. will be activated to generate a plurality of voltages. As described above, the voltage generator 150 may include a charge pump, and the charge pump may include the plurality of pumping capacitors described above. A specific configuration of the charge pump included in the voltage generator 150 may be designed in various ways as needed.

어드레스 디코더(120), 읽기 및 쓰기 회로(130) 및 전압 생성부(150)는 메모리 셀 어레이(110)에 대한 읽기 동작, 쓰기 동작 및 소거 동작을 수행하는 "주변 회로"로서 기능할 수 있다. 주변 회로는 제어 로직(140)의 제어에 기초하여, 메모리 셀 어레이(110)에 대한 읽기 동작, 쓰기 동작 및 소거 동작을 수행한다.The address decoder 120 , the read and write circuit 130 , and the voltage generator 150 may function as “peripheral circuits” that perform a read operation, a write operation, and an erase operation on the memory cell array 110 . The peripheral circuit performs a read operation, a write operation, and an erase operation on the memory cell array 110 based on the control of the control logic 140 .

도 3은 도 2의 메모리 셀 어레이의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the memory cell array of FIG. 2 .

도 3을 참조하면, 메모리 셀 어레이(110)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)을 포함한다. 각 메모리 블록은 3차원 구조를 가질 수 있다. 각 메모리 블록은 기판 위에 적층된 복수의 메모리 셀들을 포함한다. 이러한 복수의 메모리 셀들은 +X 방향, +Y 방향 및 +Z 방향을 따라 배열된다. 각 메모리 블록의 구조는 도 4 및 도 5를 참조하여 더 상세히 설명된다.Referring to FIG. 3 , the memory cell array 110 includes a plurality of memory blocks BLK1 to BLKz. Each memory block may have a 3D structure. Each memory block includes a plurality of memory cells stacked on a substrate. The plurality of memory cells are arranged along the +X direction, the +Y direction, and the +Z direction. The structure of each memory block will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5 .

도 4는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKa)을 보여주는 회로도이다.FIG. 4 is a circuit diagram showing one memory block BLKa among the memory blocks BLK1 to BLKz of FIG. 3 .

도 4를 참조하면 메모리 블록(BLKa)은 복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m)을 포함한다. 실시 예로서, 복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m) 각각은 'U'자형으로 형성될 수 있다. 메모리 블록(BLKa) 내에서, 행 방향(즉 +X 방향)으로 m개의 셀 스트링들이 배열된다. 도 4에서, 열 방향(즉 +Y 방향)으로 2개의 셀 스트링들이 배열되는 것으로 도시되었다. 하지만 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 열 방향으로 3개 이상의 셀 스트링들이 배열될 수 있음이 이해될 것이다.Referring to FIG. 4 , the memory block BLKa includes a plurality of cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m. As an embodiment, each of the plurality of cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m may be formed in a 'U' shape. Within the memory block BLKa, m cell strings are arranged in a row direction (ie, +X direction). In FIG. 4 , it is illustrated that two cell strings are arranged in a column direction (ie, a +Y direction). However, this is for convenience of explanation, and it will be understood that three or more cell strings may be arranged in a column direction.

복수의 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m) 각각은 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST), 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn), 파이프 트랜지스터(PT), 그리고 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)을 포함한다.Each of the plurality of cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m includes at least one source selection transistor SST, first to nth memory cells MC1 to MCn, a pipe transistor PT, and at least one drain. It includes a selection transistor (DST).

선택 트랜지스터들(SST, DST) 및 메모리 셀들(MC1~MCn) 각각은 유사한 구조를 가질 수 있다. 실시 예로서, 선택 트랜지스터들(SST, DST) 및 메모리 셀들(MC1~MCn) 각각은 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막을 포함할 수 있다. 실시 예로서, 채널층을 제공하기 위한 필라(pillar)가 각 셀 스트링(each cell string)에 제공될 수 있다. 실시 예로서, 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막 중 적어도 하나를 제공하기 위한 필라가 각 셀 스트링에 제공될 수 있다.Each of the selection transistors SST and DST and the memory cells MC1 to MCn may have a similar structure. As an embodiment, each of the selection transistors SST and DST and the memory cells MC1 to MCn may include a channel layer, a tunneling insulating layer, a charge storage layer, and a blocking insulating layer. As an embodiment, a pillar for providing a channel layer may be provided to each cell string. As an embodiment, a pillar for providing at least one of a channel layer, a tunneling insulating layer, a charge storage layer, and a blocking insulating layer may be provided in each cell string.

각 셀 스트링의 소스 선택 트랜지스터(SST)는 공통 소스 라인(CSL)과 메모리 셀들(MC1~MCp) 사이에 연결된다.The source select transistor SST of each cell string is connected between the common source line CSL and the memory cells MC1 to MCp.

실시 예로서, 동일한 행에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 행 방향으로 신장되는 소스 선택 라인에 연결되고, 상이한 행에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 상이한 소스 선택 라인들에 연결된다. 도 4에서, 제 1 행의 셀 스트링들(CS11~CS1m)의 소스 선택 트랜지스터들은 제 1 소스 선택 라인(SSL1)에 연결되어 있다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21~CS2m)의 소스 선택 트랜지스터들은 제 2 소스 선택 라인(SSL2)에 연결되어 있다.As an embodiment, source select transistors of cell strings arranged in the same row are connected to source select lines extending in a row direction, and source select transistors of cell strings arranged in different rows are connected to different source select lines. In FIG. 4 , the source select transistors of the cell strings CS11 to CS1m in the first row are connected to the first source select line SSL1. Source select transistors of the cell strings CS21 to CS2m in the second row are connected to the second source select line SSL2.

다른 실시 예로서, 셀 스트링들(CS11~CS1m, CS21~CS2m)의 소스 선택 트랜지스터들은 하나의 소스 선택 라인에 공통 연결될 수 있다.As another embodiment, the source select transistors of the cell strings CS11 to CS1m and CS21 to CS2m may be connected in common to one source select line.

각 셀 스트링의 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에 연결된다.The first to nth memory cells MC1 to MCn of each cell string are connected between the source select transistor SST and the drain select transistor DST.

제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)은 제 1 내지 제 p 메모리 셀들(MC1~MCp)과 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(MCp+1~MCn)로 구분될 수 있다. 제 1 내지 제 p 메모리 셀들(MC1~MCp)은 +Z 방향과 역방향으로 순차적으로 배열되며, 소스 선택 트랜지스터(SST)와 파이프 트랜지스터(PT) 사이에서 직렬 연결된다. 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(MCp+1~MCn)은 +Z 방향으로 순차적으로 배열되며, 파이프 트랜지스터(PT)와 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에서 직렬 연결된다. 제 1 내지 제 p 메모리 셀들(MC1~MCp)과 제 p+1 내지 제 n 메모리 셀들(MCp+1~MCn)은 파이프 트랜지스터(PT)를 통해 연결된다. 각 셀 스트링의 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 각각 제 1 내지 제 n 워드 라인들(WL1~WLn)에 연결된다.The first to nth memory cells MC1 to MCn may be divided into first to pth memory cells MC1 to MCp and p+1 to nth memory cells MCp+1 to MCn. The first to pth memory cells MC1 to MCp are sequentially arranged in the +Z direction and the reverse direction, and are connected in series between the source select transistor SST and the pipe transistor PT. The p+1th to nth memory cells MCp+1 to MCn are sequentially arranged in the +Z direction and connected in series between the pipe transistor PT and the drain select transistor DST. The first to pth memory cells MC1 to MCp and the p+1 to nth memory cells MCp+1 to MCn are connected through a pipe transistor PT. Gates of the first to n th memory cells MC1 to MCn of each cell string are connected to the first to n th word lines WL1 to WLn, respectively.

각 셀 스트링의 파이프 트랜지스터(PT)의 게이트는 파이프 라인(PL)에 연결된다.The gate of the pipe transistor PT of each cell string is connected to the pipeline PL.

각 셀 스트링의 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 해당 비트 라인과 메모리 셀들(MCp+1~MCn) 사이에 연결된다. 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들의 드레인 선택 트랜지스터는 행 방향으로 신장되는 드레인 선택 라인에 연결된다. 제 1 행의 셀 스트링들(CS11~CS1m)의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 1 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결된다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21~CS2m)의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 2 드레인 선택 라인(DSL2)에 연결된다.The drain select transistor DST of each cell string is connected between the corresponding bit line and the memory cells MCp+1 to MCn. Drain select transistors of the cell strings arranged in the row direction are connected to drain select lines extending in the row direction. Drain select transistors of the cell strings CS11 to CS1m in the first row are connected to the first drain select line DSL1. Drain select transistors of the cell strings CS21 to CS2m in the second row are connected to the second drain select line DSL2.

열 방향으로 배열되는 셀 스트링들은 열 방향으로 신장되는 비트 라인에 연결된다. 도 3에서, 제 1 열의 셀 스트링들(CS11, CS21)은 제 1 비트 라인(BL1)에 연결되어 있다. 제 m 열의 셀 스트링들(CS1m, CS2m)은 제 m 비트 라인(BLm)에 연결되어 있다.Cell strings arranged in the column direction are connected to bit lines extending in the column direction. In FIG. 3 , the cell strings CS11 and CS21 of the first column are connected to the first bit line BL1. The cell strings CS1m and CS2m of the mth column are connected to the mth bit line BLm.

행 방향으로 배열되는 셀 스트링들 내에서 동일한 워드 라인에 연결되는 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다. 예를 들면, 제 1 행의 셀 스트링들(CS11~CS1m) 중 제 1 워드 라인(WL1)과 연결된 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21~CS2m) 중 제 1 워드 라인(WL1)과 연결된 메모리 셀들은 다른 하나의 페이지를 구성한다. 드레인 선택 라인들(DSL1, DSL2) 중 어느 하나가 선택됨으로써 하나의 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들이 선택될 것이다. 워드 라인들(WL1~WLn) 중 어느 하나가 선택됨으로써 선택된 셀 스트링들 중 하나의 페이지가 선택될 것이다.Memory cells connected to the same word line in cell strings arranged in a row direction constitute one page. For example, among the cell strings CS11 to CS1m in the first row, memory cells connected to the first word line WL1 constitute one page. Among the cell strings CS21 to CS2m in the second row, memory cells connected to the first word line WL1 constitute another page. When one of the drain select lines DSL1 and DSL2 is selected, cell strings arranged in one row direction are selected. When one of the word lines WL1 to WLn is selected, one page of the selected cell strings is selected.

다른 실시 예로서, 제 1 내지 제 m 비트 라인들(BL1~BLm) 대신 이븐 비트 라인들 및 오드 비트 라인들이 제공될 수 있다. 그리고 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11~CS1m 또는 CS21~CS2m) 중 짝수 번째 셀 스트링들은 이븐 비트 라인들에 각각 연결되고, 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11~CS1m 또는 CS21~CS2m) 중 홀수 번째 셀 스트링들은 오드 비트 라인들에 각각 연결될 수 있다.As another embodiment, even bit lines and odd bit lines may be provided instead of the first to m th bit lines BL1 to BLm. And among the cell strings (CS11 to CS1m or CS21 to CS2m) arranged in the row direction, even-numbered cell strings are connected to the even bit lines, respectively, and the cell strings (CS11 to CS1m or CS21 to CS2m) arranged in the row direction Odd-numbered cell strings may be respectively connected to odd bit lines.

실시 예로서, 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn) 중 적어도 하나 이상은 더미 메모리 셀로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(MC1~MCp) 사이의 전계(electric field)를 감소시키기 위해 제공된다. 또는, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 드레인 선택 트랜지스터(DST)와 메모리 셀들(MCp+1~MCn) 사이의 전계를 감소시키기 위해 제공된다. 더 많은 더미 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKa)에 대한 동작의 신뢰성이 향상되는 반면, 메모리 블록(BLKa)의 크기는 증가한다. 더 적은 더미 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKa)의 크기는 감소하는 반면 메모리 블록(BLKa)에 대한 동작의 신뢰성은 저하될 수 있다.As an example embodiment, at least one of the first to n th memory cells MC1 to MCn may be used as a dummy memory cell. For example, one or more dummy memory cells are provided to reduce an electric field between the source select transistor SST and the memory cells MC1 to MCp. Alternatively, at least one or more dummy memory cells are provided to reduce an electric field between the drain select transistor DST and the memory cells MCp+1 to MCn. As more dummy memory cells are provided, the operation reliability of the memory block BLKa improves, while the size of the memory block BLKa increases. As fewer dummy memory cells are provided, the size of the memory block BLKa decreases while the reliability of an operation of the memory block BLKa may deteriorate.

적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들을 효율적으로 제어하기 위해, 더미 메모리 셀들 각각은 요구되는 문턱 전압을 가질 수 있다. 메모리 블록(BLKa)에 대한 소거 동작 이전 또는 이후에, 더미 메모리 셀들 중 전부 혹은 일부에 대한 프로그램 동작들이 수행될 수 있다. 프로그램 동작이 수행된 뒤에 소거 동작이 수행되는 경우, 더미 메모리 셀들의 문턱 전압은 각각의 더미 메모리 셀들에 연결된 더미 워드 라인들에 인가되는 전압을 제어함으로써 더미 메모리 셀들은 요구되는 문턱 전압을 가질 수 있다.In order to efficiently control at least one or more dummy memory cells, each of the dummy memory cells may have a required threshold voltage. Program operations may be performed on all or some of the dummy memory cells before or after the erase operation on the memory block BLKa. When an erase operation is performed after a program operation is performed, the dummy memory cells may have a required threshold voltage by controlling voltages applied to dummy word lines connected to the dummy memory cells. .

도 5는 도 3의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKb)의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of one memory block BLKb among the memory blocks BLK1 to BLKz of FIG. 3 .

도 5를 참조하면 메모리 블록(BLKb)은 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m')을 포함한다. 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m') 각각은 +Z 방향을 따라 신장된다. 복수의 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m') 각각은, 메모리 블록(BLK1') 하부의 기판(미도시) 위에 적층된, 적어도 하나의 소스 선택 트랜지스터(SST), 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn) 그리고 적어도 하나의 드레인 선택 트랜지스터(DST)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , the memory block BLKb includes a plurality of cell strings CS11' to CS1m' and CS21' to CS2m'. Each of the plurality of cell strings CS11' to CS1m' and CS21' to CS2m' extends along the +Z direction. Each of the plurality of cell strings CS11' to CS1m' and CS21' to CS2m' includes at least one source select transistor SST stacked on a substrate (not shown) under the memory block BLK1', a first to nth memory cells MC1 to MCn, and at least one drain select transistor DST.

각 셀 스트링의 소스 선택 트랜지스터(SST)은 공통 소스 라인(CSL)과 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이에 연결된다. 동일한 행에 배열된 셀 스트링들의 소스 선택 트랜지스터들은 동일한 소스 선택 라인에 연결된다. 제 1 행에 배열된 셀 스트링들(CS11'~CS1m')의 소스 선택 트랜지스터들은 제 1 소스 선택 라인(SSL1)에 연결된다. 제 2 행에 배열된 셀 스트링들(CS21'~CS2m')의 소스 선택 트랜지스터들은 제 2 소스 선택 라인(SSL2)에 연결된다. 다른 실시 예로서, 셀 스트링들(CS11'~CS1m', CS21'~CS2m')의 소스 선택 트랜지스터들은 하나의 소스 선택 라인에 공통 연결될 수 있다.The source select transistor SST of each cell string is connected between the common source line CSL and the memory cells MC1 to MCn. Source select transistors of the cell strings arranged in the same row are connected to the same source select line. The source select transistors of the cell strings CS11' to CS1m' arranged in the first row are connected to the first source select line SSL1. The source select transistors of the cell strings CS21' to CS2m' arranged in the second row are connected to the second source select line SSL2. As another embodiment, the source select transistors of the cell strings CS11' to CS1m' and CS21' to CS2m' may be connected in common to one source select line.

각 셀 스트링의 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)은 소스 선택 트랜지스터(SST)과 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에서 직렬 연결된다. 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 각각 제 1 내지 제 n 워드 라인들(WL1~WLn)에 연결된다.The first to nth memory cells MC1 to MCn of each cell string are connected in series between the source select transistor SST and the drain select transistor DST. Gates of the first to n th memory cells MC1 to MCn are connected to the first to n th word lines WL1 to WLn, respectively.

각 셀 스트링의 드레인 선택 트랜지스터(DST)는 해당 비트 라인과 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이에 연결된다. 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들의 드레인 선택 트랜지스터들은 행 방향으로 신장되는 드레인 선택 라인에 연결된다. 제 1 행의 셀 스트링들(CS11'~CS1m')의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 1 드레인 선택 라인(DSL1)에 연결된다. 제 2 행의 셀 스트링들(CS21'~CS2m')의 드레인 선택 트랜지스터들은 제 2 드레인 선택 라인(DSL2)에 연결된다.The drain select transistor DST of each cell string is connected between the corresponding bit line and the memory cells MC1 to MCn. Drain select transistors of the cell strings arranged in the row direction are connected to drain select lines extending in the row direction. Drain select transistors of the cell strings CS11' to CS1m' in the first row are connected to the first drain select line DSL1. Drain select transistors of the cell strings CS21' to CS2m' in the second row are connected to the second drain select line DSL2.

결과적으로, 각 셀 스트링에 파이프 트랜지스터(PT)가 제외된 것을 제외하면 도 5의 메모리 블록(BLKb)은 도 4의 메모리 블록(BLKa)과 유사한 등가 회로를 갖는다.As a result, the memory block BLKb of FIG. 5 has an equivalent circuit similar to that of the memory block BLKa of FIG. 4 except that the pipe transistor PT is excluded from each cell string.

다른 실시 예로서, 제 1 내지 제 m 비트 라인들(BL1~BLm) 대신 이븐 비트 라인들 및 오드 비트 라인들이 제공될 수 있다. 그리고 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11'~CS1m' 또는 CS21'~CS2m') 중 짝수 번째 셀 스트링들은 이븐 비트 라인들에 각각 연결되고, 행 방향으로 배열되는 셀 스트링들(CS11'~CS1m' 또는 CS21'~CS2m') 중 홀수 번째 셀 스트링들은 오드 비트 라인들에 각각 연결될 수 있다.As another embodiment, even bit lines and odd bit lines may be provided instead of the first to m th bit lines BL1 to BLm. In addition, even-numbered cell strings among the cell strings (CS11' to CS1m' or CS21' to CS2m') arranged in the row direction are connected to the even bit lines, respectively, and the cell strings arranged in the row direction (CS11' to CS1m ' or CS21' to CS2m'), odd-numbered cell strings may be respectively connected to odd bit lines.

실시 예로서, 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn) 중 적어도 하나 이상은 더미 메모리 셀로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이의 전계(electric field)를 감소시키기 위해 제공된다. 또는, 적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들은 드레인 선택 트랜지스터(DST)와 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이의 전계를 감소시키기 위해 제공된다. 더 많은 더미 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKb)에 대한 동작의 신뢰성이 향상되는 반면, 메모리 블록(BLKb)의 크기는 증가한다. 더 적은 더미 메모리 셀들이 제공될수록, 메모리 블록(BLKb)의 크기는 감소하는 반면 메모리 블록(BLKb)에 대한 동작의 신뢰성은 저하될 수 있다.As an example embodiment, at least one of the first to n th memory cells MC1 to MCn may be used as a dummy memory cell. For example, one or more dummy memory cells are provided to reduce an electric field between the source select transistor SST and the memory cells MC1 to MCn. Alternatively, at least one or more dummy memory cells are provided to reduce an electric field between the drain select transistor DST and the memory cells MC1 to MCn. As more dummy memory cells are provided, the operation reliability of the memory block BLKb improves, while the size of the memory block BLKb increases. As fewer dummy memory cells are provided, the size of the memory block BLKb decreases while the reliability of an operation with respect to the memory block BLKb may deteriorate.

적어도 하나 이상의 더미 메모리 셀들을 효율적으로 제어하기 위해, 더미 메모리 셀들 각각은 요구되는 문턱 전압을 가질 수 있다. 메모리 블록(BLKb)에 대한 소거 동작 이전 또는 이후에, 더미 메모리 셀들 중 전부 혹은 일부에 대한 프로그램 동작들이 수행될 수 있다. 프로그램 동작이 수행된 뒤에 소거 동작이 수행되는 경우, 더미 메모리 셀들의 문턱 전압은 각각의 더미 메모리 셀들에 연결된 더미 워드 라인들에 인가되는 전압을 제어함으로써 더미 메모리 셀들은 요구되는 문턱 전압을 가질 수 있다.In order to efficiently control at least one or more dummy memory cells, each of the dummy memory cells may have a required threshold voltage. Program operations may be performed on all or some of the dummy memory cells before or after the erase operation on the memory block BLKb. When an erase operation is performed after a program operation is performed, the dummy memory cells may have a required threshold voltage by controlling voltages applied to dummy word lines connected to the dummy memory cells. .

도 6은 도 2의 메모리 셀 어레이(110)에 포함된 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 어느 하나의 메모리 블록(BLKc)의 실시 예를 보여주는 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram showing an embodiment of one memory block BLKc among a plurality of memory blocks BLK1 to BLKz included in the memory cell array 110 of FIG. 2 .

도 6을 참조하면, 메모리 블록(BLKc)은 복수의 셀 스트링들(CS1~CSm)을 포함한다. 복수의 셀 스트링들(CS1~CSm)은 복수의 비트 라인들(BL1~BLm)에 각각 연결될 수 있다. 복수의 셀 스트링들(CS1~CSm)각각은 적어도 하나 이상의 소스 선택 트랜지스터(SST), 제1 내지 제n 메모리 셀들(MC1~MCn), 및 적어도 하나 이상의 드레인 선택 트랜지스터(DST)를 포함한다.Referring to FIG. 6 , the memory block BLKc includes a plurality of cell strings CS1 to CSm. The plurality of cell strings CS1 to CSm may be respectively connected to the plurality of bit lines BL1 to BLm. Each of the plurality of cell strings CS1 to CSm includes at least one source select transistor SST, first to n th memory cells MC1 to MCn, and at least one drain select transistor DST.

선택 트랜지스터들(SST, DST) 및 메모리 셀들(MC1~MCn) 각각은 유사한 구조를 가질 수 있다. 실시 예로서, 선택 트랜지스터들(SST, DST) 및 메모리 셀들(MC1~MCn) 각각은 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막을 포함할 수 있다. 실시 예로서, 채널층을 제공하기 위한 필라(pillar)가 각 셀 스트링(each cell string)에 제공될 수 있다. 실시 예로서, 채널층, 터널링 절연막, 전하 저장막 및 블로킹 절연막 중 적어도 하나를 제공하기 위한 필라가 각 셀 스트링에 제공될 수 있다.Each of the selection transistors SST and DST and the memory cells MC1 to MCn may have a similar structure. As an embodiment, each of the selection transistors SST and DST and the memory cells MC1 to MCn may include a channel layer, a tunneling insulating layer, a charge storage layer, and a blocking insulating layer. As an embodiment, a pillar for providing a channel layer may be provided to each cell string. As an embodiment, a pillar for providing at least one of a channel layer, a tunneling insulating layer, a charge storage layer, and a blocking insulating layer may be provided in each cell string.

각 셀 스트링의 소스 선택 트랜지스터(SST)는 공통 소스 라인(CSL)과 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이에 연결된다.The source select transistor SST of each cell string is connected between the common source line CSL and the memory cells MC1 to MCn.

각 셀 스트링의 제 1 내지 제 n 메모리 셀들(MC1~MCn)은 소스 선택 트랜지스터(SST)와 드레인 선택 트랜지스터(DST) 사이에 연결된다.The first to nth memory cells MC1 to MCn of each cell string are connected between the source select transistor SST and the drain select transistor DST.

각 셀 스트링의 드레인 선택 트랜지스터(DST)은 해당 비트 라인과 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이에 연결된다.The drain select transistor DST of each cell string is connected between the corresponding bit line and the memory cells MC1 to MCn.

동일한 워드 라인에 연결되는 메모리 셀들은 하나의 페이지를 구성한다. 드레인 선택 라인(DSL)이 선택됨으로써 셀 스트링들(CS1~CSm)이 선택될 것이다. 워드 라인들(WL1~WLn) 중 어느 하나가 선택됨으로써 선택된 셀 스트링들 중 하나의 페이지가 선택될 것이다.Memory cells connected to the same word line constitute one page. As the drain select line DSL is selected, the cell strings CS1 to CSm are selected. When one of the word lines WL1 to WLn is selected, one page of the selected cell strings is selected.

다른 실시 예로서, 제 1 내지 제 m 비트 라인들(BL1~BLm) 대신 이븐 비트 라인들 및 오드 비트 라인들이 제공될 수 있다. 셀 스트링들(CS1~CSm) 중 짝수 번째 셀 스트링들은 이븐 비트 라인들에 각각 연결되고, 홀수 번째 셀 스트링들은 오드 비트 라인들에 각각 연결될 수 있다.As another embodiment, even bit lines and odd bit lines may be provided instead of the first to m th bit lines BL1 to BLm. Among the cell strings CS1 to CSm, even-numbered cell strings may be connected to even bit lines, respectively, and odd-numbered cell strings may be connected to odd bit lines, respectively.

도 7은 프로그램 동작에 포함되는 복수의 프로그램 루프와, 각 프로그램 루프에 포함되는 프로그램 단계 및 검증 단계를 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a plurality of program loops included in a program operation, and a program step and a verification step included in each program loop.

도 7을 참조하면, 프로그램 동작은 복수의 프로그램 루프들을 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 프로그램 동작은 제1 프로그램 루프(1st PGM Loop)를 수행함으로써 시작될 수 있다. 제1 프로그램 루프(1st PGM Loop)를 수행하였음에도 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료되지 않은 경우, 제2 프로그램 루프(2nd PGM Loop)가 수행될 수 있다. 제2 프로그램 루프(2nd PGM Loop)를 수행하였음에도 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료되지 않은 경우, 제3 프로그램 루프(3rd PGM Loop)가 수행될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 프로그램 동작이 완료될 때까지 프로그램 루프들이 반복 수행될 수 있다. Referring to FIG. 7 , a program operation may include a plurality of program loops. As shown in FIG. 7 , the program operation may be started by performing a first program loop (1st PGM Loop). When the program of the selected memory cells is not completed even though the first program loop (1st PGM Loop) is performed, a second program loop ( 2nd PGM Loop) may be performed. When the program of the selected memory cells is not completed even though the second program loop (2 nd PGM Loop) is performed, a third program loop (3 rd PGM Loop) may be performed. In this way, program loops may be repeatedly performed until the program operation is completed.

한편, 미리 결정된 최대 프로그램 루프 수까지 프로그램 루프를 반복하였음에도 프로그램 동작이 완료되지 않은 경우, 프로그램 동작이 실패한 것으로 결정할 수 있다.Meanwhile, when the program operation is not completed even though program loops are repeated up to a predetermined maximum number of program loops, it may be determined that the program operation has failed.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법에 의해 선택된 메모리 셀들이 프로그램 된다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은, 선택된 메모리 셀들 중, 타겟 문턱 전압 상태로 프로그램 될 메모리 셀들에 대한 프로그램 루프를 수행하는 단계(S110) 및 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료되었는지 여부를 판단하는 단계(S130)를 포함한다. 단계(S110)는 선택된 메모리 셀들 중 프로그램 허용 셀 및 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인의 전압을 각각 조정하고, 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하여, 프로그램 허용 셀의 문턱 전압을 상승시키는 동작을 포함한다. 또한, 단계(S110)는 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가한 후에, 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 검증 전압을 인가하여 각 메모리 셀들의 문턱 전압이 검증 전압보다 큰지 여부를 판단하는 동작을 더욱 포함한다. 단계(S110)의 예시적인 실시 예들에 대해서는 도 9를 참조하여 보다 자세하게 설명하기로 한다.8 is a flowchart illustrating an operating method of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. Selected memory cells are programmed by a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8 , a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes performing a program loop on memory cells to be programmed to a target threshold voltage state among selected memory cells ( S110 ) and the selected memory cells. and determining whether the programming for the cells has been completed (S130). In step S110, voltages of bit lines connected to program enable cells and program inhibit cells among the selected memory cells are respectively adjusted, and a program voltage is applied to word lines connected to the selected memory cells to raise the threshold voltage of the program allow cells. include action In addition, in step S110, after applying a program voltage to word lines connected to the selected memory cells, a verify voltage is applied to word lines connected to the selected memory cells to determine whether threshold voltages of the respective memory cells are greater than the verify voltage. further include the action. Exemplary embodiments of step S110 will be described in more detail with reference to FIG. 9 .

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료된 경우(S130: 예), 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작이 성공한 것으로 결정하는 단계(S140)를 더 포함한다. Meanwhile, in a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, when programming of selected memory cells is completed (S130: Yes), determining that the program operation of the selected memory cells has succeeded (S140). contains more

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료되지 않은 경우(S130: 아니오), 현재까지 수행된 프로그램 루프 수가 최대 루프 수보다 작은지 여부를 판단하는 단계(S150)를 더 포함한다. 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작 동안 단계(S110)의 프로그램 루프는 복수 회 수행될 수 있다. 다만, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 루프가 무한정 반복되는 것을 방지하기 위해, 최대 루프 수를 설정할 수 있다. 프로그램 루프가 수행될 때마다, 수행된 프로그램 루프 수는 1씩 증가하게 된다. 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료되지 않은 경우(S130: 아니오), 수행된 프로그램 루프 수가 최대 루프 수보다 작다면(S150: 예), 단계(S110)로 돌아가 다시 한 번 프로그램 루프가 수행된다. In addition, in a method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, when programming of selected memory cells is not completed (S130: No), whether the number of program loops performed up to now is less than the maximum number of loops is determined. A step of determining (S150) is further included. During the program operation of the selected memory cells, the program loop of step S110 may be performed a plurality of times. However, in order to prevent infinite repetition of program loops for selected memory cells, the maximum number of loops may be set. Whenever a program loop is executed, the number of executed program loops increases by one. If the program for the selected memory cells is not completed (S130: No), if the number of program loops performed is less than the maximum number of loops (S150: Yes), the program loop is performed again in step S110.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법은, 현재까지 수행된 프로그램 루프 수가 최대 루프 수보다 작지 않은 경우(S150: 아니오), 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작이 실패한 것으로 결정하는 단계(S170)를 더 포함한다. 즉, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료되지 않은 경우(S130: 아니오), 수행된 프로그램 루프 수가 최대 루프 수보다 크거나 같다면(S150: 아니오), 더 이상 프로그램 루프를 수행하지 않고, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작이 실패한 것으로 결정한다(S170).Meanwhile, in an operating method of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, when the number of program loops performed so far is not less than the maximum number of loops (S150: No), it is determined that the program operation for the selected memory cells has failed. Step S170 is further included. That is, if the program for the selected memory cells is not completed (S130: No), if the number of program loops performed is greater than or equal to the maximum number of loops (S150: No), no more program loops are performed, and the selected memory cells It is determined that the program operation for has failed (S170).

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법에 의하면, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램이 완료될 때까지 프로그램 루프가 반복 수행된다. 다만, 현재까지 수행된 프로그램 루프 수가 최대 루프 수에 도달하였음에도 프로그램이 완료되지 않는 경우에는, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작이 실패한 것으로 결정된다.As described above, according to the method of operating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, a program loop is repeatedly performed until programming of selected memory cells is completed. However, if the program is not completed even though the number of program loops performed up to now reaches the maximum number of loops, it is determined that the program operation for the selected memory cells has failed.

도 9는 도 8의 단계(S110)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다. 도 10은 싱글-레벨 셀(single-level cell; SLC)의 프로그램 동작 후 문턱 전압 분포를 나타내는 그래프이다. 도 11은 도 9의 단계(S210)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다. 이하에서는 도 9 내지 도 11을 함께 참조하여, 선택된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인 상태를 설정하는 단계에 대해 설명하기로 한다.9 is a flowchart illustrating an embodiment of step S110 of FIG. 8 . 10 is a graph showing a threshold voltage distribution after a program operation of a single-level cell (SLC). 11 is a flowchart illustrating an embodiment of step S210 of FIG. 9 . Hereinafter, a step of setting a bit line state connected to selected memory cells will be described with reference to FIGS. 9 to 11 together.

도 9를 참조하면, 선택된 메모리 셀들 중, 타겟 문턱 전압 상태로 프로그램 될 메모리 셀들에 대한 프로그램 루프를 수행하는 단계(S110)는, 선택된 메모리 블록에 포함된 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인 상태를 설정하는 단계(S200), 선택된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인 상태를 설정하는 단계(S210), 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하는 단계(S230) 및 선택된 메모리 셀들에 대한 검증 동작을 수행하는 단계(S250)를 포함한다.Referring to FIG. 9 , performing a program loop on memory cells to be programmed to a target threshold voltage state among selected memory cells ( S110 ) includes setting a selection line state connected to a selection transistor included in a selected memory block. (S200), setting a bit line state connected to the selected memory cells (S210), applying a program voltage to a word line connected to the selected memory cells (S230), and performing a verification operation on the selected memory cells (S230). S250).

본 명세서에서 선택 라인은, 도 4 내지 도 6을 통해 설명한 드레인 선택 라인(DSL) 또는 소스 선택 라인(SSL) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 즉, 단계(S200)에서는, 프로그램 대상 메모리 셀들이 포함된 선택된 메모리 블록과 연결된 드레인 선택 라인(DSL) 또는 소스 선택 라인(SSL) 중 적어도 하나의 상태를 설정할 수 있다. 보다 구체적으로, 단계(S200)에서는, 선택된 메모리 블록과 연결된 드레인 선택 라인(DSL) 또는 소스 선택 라인(SSL) 중 적어도 하나에 특정 전압을 인가할 수 있다.In this specification, a selection line may mean at least one of the drain selection line DSL and the source selection line SSL described with reference to FIGS. 4 to 6 . That is, in step S200, the state of at least one of the drain select line DSL and the source select line SSL connected to the selected memory block including the memory cells to be programmed may be set. More specifically, in step S200, a specific voltage may be applied to at least one of the drain select line DSL and the source select line SSL connected to the selected memory block.

선택된 메모리 셀들 중, 현재 프로그램 루프에서 문턱 전압을 상승 시킬 메모리 셀은 프로그램 허용 셀이고, 문턱 전압을 유지시킬 메모리 셀을 프로그램 금지 셀이다. 프로그램 허용 셀과 프로그램 금지 셀은 모두 동일한 워드 라인에 인가된다. 워드 라인에 프로그램 전압이 인가될 때 프로그램 허용 셀의 문턱 전압은 상승시키고, 프로그램 금지 셀의 문턱 전압은 유지 시키기 위해 비트 라인의 전압을 조절한다. 단계(S210)에서는 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인의 전압과 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인의 전압을 조절한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 단계(S210)는 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 프로그램 허용 전압을 인가하는 단계(S211) 및 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인에 프로그램 금지 전압을 인가하는 단계(S213)를 포함한다. 일 실시 예에서, 프로그램 금지 전압은 프로그램 허용 전압보다 클 수 있다. 예시적으로, 프로그램 허용 전압은 접지 전압일 수 있다. 한편, 도 11에서는 단계(S211)의 수행 이후에 단계(S213)가 수행되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 실시 예에 따라 단계(S213)의 수행 이후에 단계(S211)가 수행될 수도 있고, 단계(S211) 및 단계(S213)가 동시에 수행될 수도 있다.Among the selected memory cells, a memory cell whose threshold voltage is to be increased in a current program loop is a program-allowed cell, and a memory cell whose threshold voltage is to be maintained is a program-inhibited cell. Both program enable cells and program inhibit cells are applied to the same word line. When a program voltage is applied to the word line, the voltage of the bit line is adjusted to increase the threshold voltage of the program-allowed cell and maintain the threshold voltage of the program-inhibited cell. In step S210, the voltage of the bit line connected to the program enable cell and the voltage of the bit line connected to the program inhibit cell are adjusted. As shown in FIG. 11 , step S210 includes applying a program enable voltage to a bit line connected to a program enable cell (S211) and applying a program inhibit voltage to a bit line connected to a program inhibit cell (S213). includes In an embodiment, the program inhibit voltage may be greater than the program allow voltage. For example, the program allowable voltage may be a ground voltage. Meanwhile, in FIG. 11 , it is illustrated that step S213 is performed after step S211 is performed, but the present invention is not limited thereto. That is, according to embodiments, step S211 may be performed after step S213, or steps S211 and S213 may be performed simultaneously.

도 10을 참조하면, 싱글-레벨 셀(single-level cell; SLC)의 프로그램 동작 후 문턱 전압 분포는 소거 상태(E) 및 프로그램 상태(PVa)로 구분될 수 있다. 리드 동작 시, 리드 전압(Ra)에 의해 메모리 셀들이 소거 상태(E)인지, 프로그램 상태(PVa)인지를 판단하게 된다. 한편, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 되는 메모리 셀들의 문턱 전압은 검증 전압(Vvfa)보다 크다.Referring to FIG. 10 , a threshold voltage distribution after a program operation of a single-level cell (SLC) may be divided into an erase state (E) and a program state (PVa). During a read operation, it is determined whether the memory cells are in an erase state (E) or a program state (PVa) by the read voltage (Ra). Meanwhile, threshold voltages of memory cells programmed to the program state PVa are greater than the verification voltage Vvfa.

프로그램 동작의 초기에, 선택된 메모리 셀들은 모두 소거 상태(E)의 문턱 전압을 가질 수 있다. 선택된 메모리 셀들 중, 소거 상태(E)를 유지하여야 하는 메모리 셀들은 프로그램 동작 초기에서부터 프로그램 금지 셀이 된다. 한편, 선택된 메모리 셀들 중 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들은 프로그램 동작 초기에는 모두 프로그램 허용 셀이 된다.At the beginning of the program operation, all selected memory cells may have threshold voltages in an erase state (E). Among the selected memory cells, memory cells to be maintained in the erase state (E) become program inhibit cells from the beginning of the program operation. Meanwhile, among the selected memory cells, memory cells to be programmed to the program state PVa become program-allowed cells at the beginning of the program operation.

프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 프로그램 허용 전압을 인가(S211)하고, 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인에 프로그램 금지 전압을 인가(S213)한 상태에서, 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가(S230)하면, 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 상승하고, 프로그램 금지 셀들의 문턱 전압은 유지된다. 이후 선택된 메모리 셀들에 대한 검증 동작을 수행(S250)하여, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들의 문턱 전압이 검증 전압(Vvfa)보다 큰지 여부를 각각 판단한다.Applying the program enable voltage to the bit line connected to the program enable cell (S211) and applying the program inhibit voltage to the bit line connected to the program inhibit cell (S213), applying the program voltage to the word line connected to the selected memory cells In step S230, the threshold voltages of the program-allowed cells increase, and the threshold voltages of the program-inhibited cells are maintained. Then, a verification operation is performed on the selected memory cells (S250), and it is determined whether the threshold voltages of the memory cells to be programmed to the program state PVa are higher than the verification voltage Vvfa.

전술한 바와 같이, 프로그램 동작 초기에 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들의 문턱 전압은 모두 검증 전압(Vvfa)보다 작을 것이다. 따라서, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들은 프로그램 동작 초기에는 모두 프로그램 허용 셀이 된다. 프로그램 루프가 반복 수행됨에 따라, 프로그램 허용 셀의 문턱 전압이 상승한다. 이에 따라, 일부 프로그램 허용 셀의 문턱 전압이 검증 전압(Vvfa)보다 커지게 된다. 선택된 메모리 셀들에 대한 검증 동작을 수행하는 단계(S250)에서는, 검증 전압(Vvfa)보다 큰 문턱 전압을 갖게 된 프로그램 허용 셀들의 상태를 프로그램 금지 셀로 변경한다. 따라서 이후 프로그램 루프에서 해당 메모리 셀들의 문턱 전압은 더 이상 상승하지 않게 된다.As described above, the threshold voltages of all memory cells to be programmed to the program state PVa at the beginning of the program operation are less than the verify voltage Vvfa. Accordingly, all memory cells to be programmed to the program state PVa become program-allowed cells at the beginning of a program operation. As the program loop is repeatedly performed, the threshold voltage of the program allowable cell increases. Accordingly, the threshold voltages of some program allowable cells become higher than the verification voltage Vvfa. In the step of performing a verification operation on the selected memory cells (S250), the state of the program-allowed cells having a threshold voltage greater than the verification voltage Vvfa is changed to program-inhibited cells. Accordingly, the threshold voltages of the corresponding memory cells do not rise any more in the subsequent program loop.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 프로그램 동작은 ISPP(Incremental Step Pulse Programming) 방식을 이용하여 수행될 수 있다. ISPP 방식은, 프로그램 전압을 점차 증가시키면서 메모리 셀들을 프로그램하는 방식이다. 프로그램 루프의 수행 횟수가 반복될때마다, 단계(S230)에서 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 인가되는 프로그램 전압은 점차 증가할 수 있다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the program operation may be performed using an incremental step pulse programming (ISPP) method. The ISPP method is a method of programming memory cells while gradually increasing a program voltage. Each time the number of executions of the program loop is repeated, the program voltage applied to the word lines connected to the memory cells selected in step S230 may gradually increase.

도 12는 도 9의 단계(S250)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다.12 is a flowchart illustrating an embodiment of step S250 of FIG. 9 .

도 12를 참조하면, 선택된 메모리 셀들에 대한 검증 동작을 수행하는 단계(S250)는, 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 검증 전압(Vvfa)을 인가하는 단계(S251), 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 검증 전압(Vvfa)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정하는 단계(S253) 및 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 검증 전압(Vvfa)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 허용 셀로 결정하는 단계(S255)를 포함한다. Referring to FIG. 12 , performing a verify operation on selected memory cells (S250) includes applying a verify voltage (Vvfa) to a word line connected to the selected memory cells (S251), and programming the selected memory cells to a program state (PVa). Determining memory cells having a threshold voltage higher than the verification voltage Vvfa among the memory cells to be programmed as program inhibited cells (S253) and a threshold voltage lower than the verification voltage Vvfa among the memory cells to be programmed to the program state PVa. and determining memory cells having ? as program allowable cells (S255).

즉, 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프로그램 전압이 인가(S230)된 이후에, 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 검증 전압(Vvfa)보다 높아졌는지를 판단한다. 이를 위해, 선택된 워드 라인에 검증 전압(Vvfa)을 인가(S251)하여, 선택된 메모리 셀들 중 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 검증 전압(Vvfa)보다 큰지 여부를 판단한다. That is, after the program voltage is applied to the word line connected to the selected memory cells (S230), it is determined whether the threshold voltages of the program allowable cells are higher than the verify voltage Vvfa. To this end, the verification voltage Vvfa is applied to the selected word line (S251), and it is determined whether threshold voltages of program-allowed cells among the selected memory cells are greater than the verification voltage Vvfa.

단계(S253)에서, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 검증 전압(Vvfa)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 검증 전압(Vvfa)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들은 프로그램 상태(PVa)에 속하도록 충분히 프로그램 된 메모리 셀이다. 따라서, 검증 전압(Vvfa)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀을 프로그램 금지 셀로 결정하여, 후속 프로그램 루프에서 문턱 전압이 상승하지 않도록 한다.In operation S253 , among memory cells to be programmed to the program state PVa, memory cells having a threshold voltage higher than the verify voltage Vvfa are determined as program inhibit cells. As shown in FIG. 10 , memory cells having a threshold voltage higher than the verification voltage Vvfa are memory cells sufficiently programmed to belong to the program state PVa. Accordingly, a memory cell having a threshold voltage higher than the verification voltage Vvfa is determined as a program inhibit cell, so that the threshold voltage does not rise in a subsequent program loop.

단계(S255)에서, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 검증 전압(Vvfa)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 검증 전압(Vvfa)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들은 아직 프로그램 상태(PVa)에 속하지 않는 메모리 셀로서, 추가적인 프로그램이 필요한 메모리 셀이다. 따라서, 검증 전압(Vvfa)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀을 프로그램 허용 셀로 결정하여, 후속 프로그램 루프에서 문턱 전압을 상승시키도록 한다.In operation S255 , among memory cells to be programmed to the program state PVa, memory cells having a threshold voltage lower than the verify voltage Vvfa are determined as program inhibit cells. As shown in FIG. 10 , memory cells having threshold voltages lower than the verification voltage Vvfa are memory cells that do not yet belong to the program state PVa and require additional programming. Accordingly, a memory cell having a threshold voltage lower than the verification voltage Vvfa is determined as a program allowable cell, and the threshold voltage is increased in a subsequent program loop.

도 13은 프로그램 허용 셀과 프로그램 금지 셀의 문턱 전압을 설명하기 위한 도면이다.13 is a diagram for explaining threshold voltages of a program-allowed cell and a program-inhibited cell.

도 13을 참조하면, 위치(A)의 메모리 셀의 문턱 전압은 검증 전압(Vvfa)보다 낮다. 따라서, 위치(A)의 메모리 셀은 프로그램 허용 셀이다. 프로그램 허용 셀은 다음 프로그램 루프에서 문턱 전압이 상승하여 위치(B)로 이동할 수 있다. 위치(B)의 메모리 셀의 문턱 전압은 검증 전압(Vvfa)보다 높다. 따라서, 위치(B)로 이동한 메모리 셀은 프로그램 금지 셀로 결정되고, 다음 프로그램 루프에서 문턱 전압이 상승하지 않게 된다.Referring to FIG. 13 , the threshold voltage of the memory cell at position A is lower than the verification voltage Vvfa. Therefore, the memory cell at position A is a program-allowing cell. The program allowable cell may move to the position (B) as the threshold voltage rises in the next program loop. The threshold voltage of the memory cell at position B is higher than the verification voltage Vvfa. Accordingly, the memory cell moved to the position B is determined as a program inhibit cell, and the threshold voltage does not rise in the next program loop.

도 10 내지 도 13을 통해 설명한 실시 예에 의하면, 검증 전압(Vvfa)보다 아주 약간 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀의 경우에도 다른 프로그램 허용 셀들과 유사한 폭으로 문턱 전압이 이동한다. 이는 프로그램 동작 이후 프로그램 상태(PVa)에 속하는 메모리 셀들의 문턱 전압이 넓게 분포하는 원인이 된다. 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 하나의 검증 전압이 아닌, 프리 검증 전압 및 메인 검증 전압을 이용하여, 메인 검증 전압 근처의 문턱 전압을 갖는 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭을 줄일 수 있다. 이를 통해 프로그램 동작 이후 프로그램 상태(PVa)에 속하는 메모리 셀들의 문턱 전압의 분포 폭을 좁힐 수 있다.According to the exemplary embodiments described with reference to FIGS. 10 to 13 , even in the case of a memory cell having a threshold voltage slightly lower than the verification voltage Vvfa, the threshold voltage moves in a width similar to that of other program-allowed cells. This causes threshold voltages of memory cells belonging to the program state PVa to be widely distributed after the program operation. According to another embodiment of the present invention, a threshold voltage movement width of a program allowable cell having a threshold voltage close to the main verification voltage may be reduced by using a pre-verification voltage and a main verification voltage instead of one verification voltage. Through this, a distribution width of threshold voltages of memory cells belonging to the program state PVa after the program operation may be narrowed.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 프리 검증 전압(Vvf_p) 및 메인 검증 전압(Vvf_m)을 사용하는 검증 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들의 문턱 전압 상태를 판단하기 위해 프리 검증 전압(Vvf_p) 및 메인 검증 전압(Vvf_m)을 사용할 수 있다. 도 14의 메인 검증 전압(Vvf_m)은 도 10의 검증 전압(Vvfa)과 실질적으로 동일할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 메인 검증 전압(Vvf_m) 이외에 프리 검증 전압(Vvf_p)을 추가적으로 사용함으로써, 프로그램 동작 이후 메모리 셀들의 문턱 전압 분포를 좁힐 수 있다.14 is a graph for explaining a verification operation using a pre-verification voltage Vvf_p and a main verification voltage Vvf_m according to an embodiment of the present invention. According to an embodiment of the present invention, the pre-verification voltage Vvf_p and the main verification voltage Vvf_m may be used to determine threshold voltage states of memory cells to be programmed into the program state PVa. The main verification voltage Vvf_m of FIG. 14 may be substantially the same as the verification voltage Vvfa of FIG. 10 . According to an embodiment of the present invention, a threshold voltage distribution of memory cells after a program operation may be narrowed by additionally using the pre-verification voltage Vvf_p in addition to the main verification voltage Vvf_m.

도 15는 도 9의 단계(S250)의 다른 실시 예를 나타내는 순서도이다.15 is a flowchart illustrating another embodiment of step S250 of FIG. 9 .

도 15를 참조하면, 선택된 메모리 셀들에 대한 검증 동작을 수행하는 단계(S250)는, 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프리 검증 전압(Vvf_p)을 인가하는 단계(S311), 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 메인 검증 전압(Vvf_m)을 인가하는 단계(S313), 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정하는 단계(S315), 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 제1 프로그램 허용 셀로 결정하는 단계(S317), 및 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 낮고 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 제2 프로그램 허용 셀로 결정하는 단계(S319)를 포함한다. Referring to FIG. 15 , performing a verification operation on selected memory cells (S250) includes applying a pre-verification voltage (Vvf_p) to a word line connected to the selected memory cells (S311), and a word connected to the selected memory cells. Applying the main verification voltage Vvf_m to a line (S313), determining memory cells having a threshold voltage higher than the main verification voltage Vvf_m among memory cells to be programmed to the program state PVa as program inhibited cells (S313). S315) determining memory cells having a threshold voltage lower than the pre-verification voltage Vvf_p, among memory cells to be programmed to the programmed state PVa, as first program allowable cells (S317); Among the memory cells to be programmed, memory cells having a threshold voltage lower than the main verification voltage Vvf_m and higher than the pre-verification voltage Vvf_p are determined as second program allowable cells (S319).

즉, 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프로그램 전압이 인가(S230)된 이후에, 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 낮은지, 또는 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 프리 검증 전압(Vvf_p)과 메인 검증 전압(Vvf_m) 사이에 있는지, 또는 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 높은지를 판단한다. 이를 위해, 선택된 워드 라인에 프리 검증 전압(Vvf_p)을 인가(S311)하여, 선택된 메모리 셀들 중 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 큰지 여부를 판단한다. 또한, 선택된 워드 라인에 메인 검증 전압(Vvf_m)을 인가(S313)하여, 선택된 메모리 셀들 중 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 큰지 여부를 판단한다.That is, after the program voltage is applied to the word line connected to the selected memory cells (S230), whether the threshold voltage of the program allowable cells is lower than the pre-verification voltage (Vvf_p) or whether the threshold voltage of the program allowable cells is the pre-verification voltage ( Vvf_p) and the main verification voltage Vvf_m, or whether the threshold voltages of the program allowable cells are higher than the main verification voltage Vvf_m. To this end, the pre-verification voltage Vvf_p is applied to the selected word line (S311), and it is determined whether threshold voltages of program-allowed cells among the selected memory cells are greater than the pre-verification voltage Vvf_p. In addition, by applying the main verification voltage Vvf_m to the selected word line (S313), it is determined whether threshold voltages of program-allowed cells among the selected memory cells are greater than the main verification voltage Vvf_m.

단계(S315)에서, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들은 프로그램 상태(PVa)에 속하도록 충분히 프로그램 된 메모리 셀이다. 따라서, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀을 프로그램 금지 셀로 결정하여, 후속 프로그램 루프에서 문턱 전압이 상승하지 않도록 한다.In operation S315 , among memory cells to be programmed to the program state PVa, memory cells having a threshold voltage higher than the main verification voltage Vvf_m are determined as program inhibited cells. As shown in FIG. 14 , memory cells having threshold voltages higher than the main verification voltage Vvf_m are memory cells sufficiently programmed to belong to the program state PVa. Accordingly, a memory cell having a threshold voltage higher than the main verification voltage Vvf_m is determined as a program inhibit cell so that the threshold voltage does not rise in a subsequent program loop.

단계(S317)에서, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 제1 프로그램 허용 셀로 결정한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들은 아직 프로그램 상태(PVa)에 속하지 않는 메모리 셀로서, 추가적인 프로그램이 필요한 메모리 셀이다. 따라서, 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀을 제1 프로그램 허용 셀로 결정하여, 후속 프로그램 루프에서 문턱 전압을 상승시키도록 한다.In operation S317 , among memory cells to be programmed to the program state PVa, memory cells having a threshold voltage lower than the pre-verification voltage Vvf_p are determined as first program allowable cells. As shown in FIG. 14 , memory cells having threshold voltages lower than the pre-verification voltage Vvf_p are memory cells that do not yet belong to the program state PVa and require additional programming. Therefore, a memory cell having a threshold voltage lower than the pre-verification voltage Vvf_p is determined as a first program allowable cell, and the threshold voltage is increased in a subsequent program loop.

한편, 단계(S319)에서, 프로그램 상태(PVa)로 프로그램 될 메모리 셀들 중, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 낮고 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 제2 프로그램 허용 셀로 결정한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 낮고 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들 또한 아직 프로그램 상태(PVa)에 속하지 않는 메모리 셀로서, 추가적인 프로그램이 필요한 메모리 셀이다. 따라서, 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 낮고 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀을 제2 프로그램 허용 셀로 결정하여, 후속 프로그램 루프에서 문턱 전압을 상승시키도록 한다.Meanwhile, in step S319, memory cells having a threshold voltage lower than the main verification voltage Vvf_m and higher than the pre-verification voltage Vvf_p, among memory cells to be programmed to the program state PVa, are determined as second program allowable cells. . As shown in FIG. 14 , memory cells having threshold voltages lower than the main verification voltage Vvf_m and higher than the pre-verification voltage Vvf_p are also memory cells that do not yet belong to the programmed state PVa and require additional programming. to be. Accordingly, a memory cell having a threshold voltage lower than the main verification voltage Vvf_m and higher than the pre-verification voltage Vvf_p is determined as a second program allowable cell, and the threshold voltage is increased in a subsequent program loop.

도 14를 함께 참조하면, 제1 프로그램 허용 셀은 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀이고, 제2 프로그램 허용 셀은 프리 검증 전압(Vvf_p)과 메인 검증 전압(Vvf_m) 사이의 문턱 전압을 갖는 메모리 셀이다. 즉, 제2 프로그램 허용 셀은 제1 프로그램 허용 셀보다 메인 검증 전압(Vvf_m)에 근접한 문턱 전압을 갖는 메모리 셀이다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치 및 그 동작 방법에 의하면, 후속 프로그램 루프에서 제2 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭을 제1 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭보다 작도록 제어한다. 이를 위해, 제1 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 인가되는 전압과 제2 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 인가되는 전압을 상이하게 적용한다. 이하에서는 도 16을 참조하여 설명하기로 한다.Referring to FIG. 14 together, the first program allowable cell is a memory cell having a threshold voltage lower than the pre-verification voltage Vvf_p, and the second program allowable cell has a voltage between the pre-verify voltage Vvf_p and the main verify voltage Vvf_m. It is a memory cell having a threshold voltage. That is, the second program allowable cell is a memory cell having a threshold voltage closer to the main verification voltage Vvf_m than the first program allowable cell. Therefore, according to the semiconductor memory device and its operating method according to an embodiment of the present invention, the threshold voltage shift width of the second program allowable cell is controlled to be smaller than the threshold voltage shift width of the first program allowable cell in a subsequent program loop. . To this end, a voltage applied to the bit line connected to the first program allowable cell and a voltage applied to the bit line connected to the second program allowable cell are applied differently. Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 16 .

도 16은 도 9의 단계(S210)의 다른 실시 예를 나타내는 순서도이다. 도 17은 제1 프로그램 허용 셀, 제2 프로그램 허용 셀 및 프로그램 금지 셀의 문턱 전압을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 16 및 도 17을 함께 참조하여, 선택된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인 상태를 설정하는 단계에 대해 설명하기로 한다.16 is a flowchart illustrating another embodiment of step S210 of FIG. 9 . FIG. 17 is a diagram for explaining threshold voltages of first program permitted cells, second program permitted cells, and program inhibited cells. Hereinafter, a step of setting a bit line state connected to selected memory cells will be described with reference to FIGS. 16 and 17 together.

도 16을 참조하면, 단계(S210)는 제1 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 제1 프로그램 허용 전압을 인가하는 단계(S331), 제2 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 제2 프로그램 허용 전압을 인가하는 단계(S333), 및 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인에 프로그램 금지 전압을 인가하는 단계(S335)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 프로그램 금지 전압은 제2 프로그램 허용 전압보다 크고, 제2 프로그램 허용 전압은 제1 프로그램 허용 전압보다 클 수 있다. 예시적으로, 제1 프로그램 허용 전압은 접지 전압일 수 있다.Referring to FIG. 16 , step S210 includes applying a first program allowable voltage to a bit line connected to a first program allow cell (S331), and applying a second program allow voltage to a bit line connected to a second program allow cell. It may include applying (S333) and applying a program inhibiting voltage to a bit line connected to the program inhibiting cell (S335). In an embodiment, the program inhibit voltage may be greater than the second program allow voltage, and the second program allow voltage may be greater than the first program allow voltage. For example, the first program allowable voltage may be a ground voltage.

제1 프로그램 허용 전압과 제2 프로그램 허용 전압이 상이하므로, 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가(S230)는 경우 제1 프로그램 허용 셀과 제2 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭이 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 프로그램 허용 전압보다 제2 프로그램 허용 전압이 크므로, 제1 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭이 제2 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭보다 크다.Since the first program allowable voltage and the second program allowable voltage are different, when the program voltage is applied to the selected word line (S230), threshold voltage shift widths of the first program allowable cell and the second program allowable cell may be different. More specifically, since the second program allowable voltage is greater than the first program allowable voltage, the threshold voltage shift width of the first program allowable cell is greater than the threshold voltage shift width of the second program allowable cell.

도 17을 참조하면, 위치(C)의 메모리 셀의 문턱 전압은 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 낮다. 따라서, 위치(C)의 메모리 셀은 제1 프로그램 허용 셀이다. 또한, 위치(E)의 메모리 셀의 문턱 전압은 프리 검증 전압(Vvf_p)보다 높고 메인 검증 전압(Vvf_m)보다 낮다. 따라서, 위치(E)의 메모리 셀은 제2 프로그램 허용 셀이다.Referring to FIG. 17 , the threshold voltage of the memory cell at position C is lower than the pre-verification voltage Vvf_p. Accordingly, the memory cell at position C is a first program allowable cell. Also, the threshold voltage of the memory cell at position E is higher than the pre-verification voltage Vvf_p and lower than the main verification voltage Vvf_m. Accordingly, the memory cell at position E is a second program allowable cell.

전술한 바와 같이, 제1 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 인가되는 제1 프로그램 허용 전압은 제2 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 인가되는 제2 프로그램 허용 전압보다 작다. 따라서, 제1 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭이 제2 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭보다 크다. 도 17에 도시된 바와 같이, 위치(C)의 제1 프로그램 허용 셀이 위치(D)로 이동하여 프로그램 금지 셀이 되고, 위치(E)의 제2 프로그램 허용 셀이 위치(F)로 이동하여 프로그램 금지 셀이 된다. 위치(C)의 제1 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭보다 위치(E)의 제2 프로그램 허용 셀의 문턱 전압 이동 폭이 작으므로, 위치(D) 및 위치(F)의 프로그램 금지 셀들의 문턱 전압 분포 차이가 작아진다. 결과적으로, 프로그램 완료된 메모리 셀들의 문턱 전압 분포 폭이 좁아지게 된다.As described above, the first program enable voltage applied to the bit line connected to the first program enable cell is lower than the second program enable voltage applied to the bit line connected to the second program enable cell. Accordingly, the threshold voltage shift width of the first program allowable cell is greater than the threshold voltage shift width of the second program allowable cell. As shown in FIG. 17, the first program-allowing cell at position C moves to position D and becomes a program-inhibiting cell, and the second program-allowing cell at position E moves to position F, It becomes a program prohibition cell. Since the threshold voltage shift of the second program allowable cell at position E is smaller than the threshold voltage shift of the first program allowable cell at position C, the threshold voltage shift of the program inhibit cells at positions D and F is The voltage distribution difference becomes small. As a result, the threshold voltage distribution width of the programmed memory cells narrows.

도 18은 멀티-레벨 셀(multi-level cell; MLC)의 프로그램 동작 후 문턱 전압 분포를 나타내는 그래프이다.18 is a graph showing a threshold voltage distribution after a program operation of a multi-level cell (MLC).

도 18을 참조하면, 하나의 메모리 셀 당 2 비트가 저장되는 멀티-레벨 셀(MLC)은 프로그램 동작 이후 소거 상태(E), 제1 프로그램 상태(PV1), 제2 프로그램 상태(PV2) 및 제3 프로그램 상태(PV3) 중 어느 하나에 속하게 된다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 프로그램 상태(PV1) 내지 제3 프로그램 상태(PV3)에 각각 대응하는 검증 동작 동안 프리 검증 전압 및 메인 검증 전압을 사용한다.Referring to FIG. 18, a multi-level cell (MLC) in which 2 bits are stored per one memory cell has an erase state (E), a first program state (PV1), a second program state (PV2) and a second program state (PV2) after a program operation. It belongs to one of the three program states (PV3). According to an embodiment of the present invention, the pre-verification voltage and the main verification voltage are used during verification operations corresponding to the first to third program states PV1 to PV3 .

예를 들어, 본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 프로그램 상태(PV1)에 대응하는 검증 동작 동안, 제1 프로그램 상태(PV1)에 대응하는 제1 프리 검증 전압(Vvf_p1) 및 제1 메인 검증 전압(Vvf_m1)이 사용된다. 또한, 제2 프로그램 상태(PV2)에 대응하는 검증 동작 동안, 제2 프로그램 상태(PV2)에 대응하는 제2 프리 검증 전압(Vvf_p2) 및 제2 메인 검증 전압(Vvf_m2)이 사용된다. 마지막으로, 제3 프로그램 상태(PV3)에 대응하는 검증 동작 동안, 제3 프로그램 상태(PV3)에 대응하는 제3 프리 검증 전압(Vvf_p3) 및 제3 메인 검증 전압(Vvf_m3)이 사용된다.For example, according to an embodiment of the present invention, during a verification operation corresponding to the first program state PV1, the first pre-verification voltage Vvf_p1 corresponding to the first program state PV1 and the first main verification voltage (Vvf_m1) is used. Also, during a verification operation corresponding to the second program state PV2, the second pre-verification voltage Vvf_p2 and the second main verification voltage Vvf_m2 corresponding to the second program state PV2 are used. Finally, during a verification operation corresponding to the third program state PV3, the third pre-verification voltage Vvf_p3 and the third main verification voltage Vvf_m3 corresponding to the third program state PV3 are used.

마찬가지로, 트리플-레벨 셀(triple-level cell; TLC)의 프로그램 동작에 있어서도, 각 프로그램 상태마다 프리 검증 전압 및 메인 검증 전압을 이용하여 검증 동작을 수행할 수 있다.Similarly, in a program operation of a triple-level cell (TLC), the verification operation may be performed using the pre-verification voltage and the main verification voltage for each program state.

도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로그램 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 보다 구체적으로, 도 7에 도시된 각 프로그램 루프의 프로그램 단계 및 검증 단계 중에서, 프로그램 단계에 대응하는 타이밍도가 도 19에 도시되어 있다. 도 19를 참조하면, 프로그램 단계에서 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인(WL), 비트 라인(BL), 드레인 선택 라인(DSL) 및 소스 선택 라인(SSL)의 전압이 도시되어 있다. 이하에서는 도 9 및 도 19를 함께 참조하여 설명하기로 한다. 19 is a timing diagram for explaining a program operation according to an embodiment of the present invention. More specifically, among the program steps and verification steps of each program loop shown in FIG. 7 , a timing diagram corresponding to the program steps is shown in FIG. 19 . Referring to FIG. 19 , voltages of a word line WL, a bit line BL, a drain select line DSL, and a source select line SSL connected to a memory block selected in a programming step are illustrated. Hereinafter, description will be made with reference to FIGS. 9 and 19 together.

도 19를 참조하면, 시간(t1)에서 드레인 선택 라인(DSL)에 전압(VDSL)이 인가되고, 소스 선택 라인(SSL)에 전압(VSSL)이 인가된다(S200). 이후, 시간(t2)에 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인들에 비트 라인 전압이 인가된다(S210). 보다 구체적으로, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 제1 프로그램 허용 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제1 비트 라인 전압(VBL1)이 인가된다. 한편, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 제2 프로그램 허용 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제2 비트 라인 전압(VBL2)이 인가된다. 제2 비트 라인 전압(VBL2)은 제1 비트 라인 전압(VBL1)보다 클 수 있다. 또한, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 프로그램 금지 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제3 비트 라인 전압(VBL3)이 인가된다. 제3 비트 라인 전압(VBL3)은 제2 비트 라인 전압(VBL2)보다 큰 전압으로서, 프로그램 금지 전압일 수 있다.Referring to FIG. 19 , at time t1, the voltage VDSL is applied to the drain select line DSL and the voltage VSSL is applied to the source select line SSL (S200). Thereafter, bit line voltages are applied to bit lines connected to the selected memory block at time t2 (S210). More specifically, the first bit line voltage VBL1 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be first program allowable cells in the previous verifying step among the bit lines. Meanwhile, the second bit line voltage VBL2 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be second program allowable cells in the previous verifying step among the bit lines. The second bit line voltage VBL2 may be greater than the first bit line voltage VBL1. Also, among the bit lines, the third bit line voltage VBL3 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be program inhibit cells in the previous verification step. The third bit line voltage VBL3 is higher than the second bit line voltage VBL2 and may be a program inhibit voltage.

이후, 시간(t3)에서 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들에 패스 전압(Vpass)이 인가될 수 있다. 이후, 시간(t4)에서, 워드 라인들 중 프로그램 대상인 메모리 셀들과 연결된 워드 라인인 선택된 워드 라인에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가될 수 있다. 이 과정을 통해, 선택된 메모리 셀들 중 제1 및 제2 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압이 상승할 수 있다. 이 때, 제1 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압 상승 폭은 제2 프로그램 허용 셀들의 문턱 전압 상승 폭 보다 클 수 있다.Thereafter, the pass voltage Vpass may be applied to word lines connected to the selected memory block at time t3. Thereafter, at time t4 , the program voltage Vpgm may be applied to a selected word line, which is a word line connected to memory cells to be programmed, among word lines. Through this process, threshold voltages of first and second program allowable cells among the selected memory cells may rise. In this case, the range of rise in the threshold voltage of the first program allowable cells may be greater than the range of increase in the threshold voltage of the second program allowable cells.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 프로그램 동작이 시작되어 프로그램 루프가 반복 수행되는 동안 프로그램 단계에서 드레인 선택 라인(DSL)에 인가되는 전압(VDSL) 및 소스 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압(SSL)이 일정하게 유지될 수 있다. 프로그램 동작에서 메모리 셀들의 문턱 전압 분포 특성을 향상시키기 위해, 제2 비트 라인 전압(VBL2)을 상향할 필요가 있으며, 드레인 선택 라인(DSL)의 전압(VDSL) 또한 함께 상향하게 된다. 이 경우, 프로그램 금지 스트링에서의 드레인 선택 라인(DSL) 누설 전류로 인해 디스터브가 발생할 수 있다. 따라서, 메모리 셀들의 문턱 전압 분포 특성을 향상시키면서 디스터브를 줄일 수 있는 프로그램 방법이 필요하다.According to an embodiment of the present invention, the voltage VDSL applied to the drain select line DSL and the voltage SSL applied to the source select line SSL in the program step while the program operation starts and the program loop is repeatedly performed. ) can be kept constant. In order to improve threshold voltage distribution characteristics of memory cells during a program operation, it is necessary to increase the second bit line voltage VBL2, and the voltage VDSL of the drain select line DSL also increases. In this case, disturb may occur due to leakage current of the drain select line (DSL) in the program inhibit string. Accordingly, there is a need for a program method capable of reducing disturb while improving threshold voltage distribution characteristics of memory cells.

본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 복수의 프로그램 상태들 중 특정 프로그램 상태에 대한 메모리 셀들의 프로그램 검증이 완료되는 경우, 후속 프로그램 루프의 프로그램 단계에서 선택 라인에 인가되는 전압을 하향할 수 있다. 도 18에 도시된 MLC를 예로 들면, 분포가 중요한 프로그램 상태는 소거 상태(E)와 제3 프로그램 상태(PV3) 사이에 있는 제1 및 제2 프로그램 상태(PV1, PV2)이다. 또한, 프로그램 동작 중 디스터브가 가장 크게 발생하는 영역은 상대적으로 높은 프로그램 전압이 인가되는 제3 프로그램 상태(PV3)이다. 제3 프로그램 상태(PV3)로 타겟 셀들을 프로그램하는 경우, 낮은 채널 포텐셜 대비 워드 라인의 전기장이 커져 디스터브가 발생할 가능성이 높아진다. 이에 따라, 제1 및 제2 프로그램 상태(PV1, PV2)에 대한 프로그램 검증이 완료되기 이전의 동작 방식과, 제1 및 제2 프로그램 상태(PV1, PV2)에 대한 프로그램 검증이 완료되기 이후의 동작 방식을 상이하게 적용할 수 있다. 예를 들어, MLC의 프로그램 동작에 있어서, 제2 프로그램 상태(PV2)로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되기 이전에는 상대적으로 큰 전압을 선택 라인에 인가하고, 제2 프로그램 상태(PV2)로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 이후에는 상대적으로 작은 전압을 선택 라인에 인가할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when program verification of memory cells for a specific program state among a plurality of program states is completed, the voltage applied to the selection line may be lowered in a program step of a subsequent program loop. Taking the MLC shown in FIG. 18 as an example, program states whose distribution is important are the first and second program states PV1 and PV2 between the erase state E and the third program state PV3. Also, during the program operation, the region where the largest disturbance occurs is the third program state PV3 to which a relatively high program voltage is applied. When the target cells are programmed in the third program state PV3, the electric field of the word line is increased compared to the low channel potential, and thus the possibility of occurrence of disturb increases. Accordingly, an operation before completion of program verification for the first and second program states PV1 and PV2 and an operation after completion of program verification for the first and second program states PV1 and PV2 Different methods can be applied. For example, in the program operation of the MLC, a relatively high voltage is applied to a selection line before programming of memory cells to be programmed to the second program state PV2 is completed, and the program is programmed to the second program state PV2. After programming of the memory cells to be programmed is completed, a relatively small voltage may be applied to the selection line.

이를 통해, 제1 및 제2 프로그램 상태(PV1, PV2)로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램 동작 중에는 상대적으로 높은 선택 라인 전압을 인가하여 제1 및 제2 프로그램 상태(PV1, PV2)의 문턱 전압 분포를 샹상시키고, 제1 및 제2 프로그램 상태(PV1, PV2)로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 이후에는 상대적으로 낮은 선택 라인 전압을 인가하여 선택 트랜지스터에서의 누설 전류 발생을 완화함으로써 프로그램 디스터브를 줄일 수 있다.Through this, a relatively high selection line voltage is applied during the program operation of the memory cells to be programmed in the first and second program states PV1 and PV2 to change the distribution of threshold voltages in the first and second program states PV1 and PV2. After programming of the memory cells to be programmed to the first and second program states PV1 and PV2 is completed, program disturb may be reduced by applying a relatively low selection line voltage to alleviate generation of leakage current in the selection transistor. there is.

도 20은 도 9의 단계(S200)의 일 실시 예를 나타내는 순서도이다.20 is a flowchart illustrating an embodiment of step S200 of FIG. 9 .

도 20을 참조하면, 선택된 메모리 블록에 포함된 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인 상태를 설정하는 단계(S200)는, 직전 프로그램 루프의 검증 단계에서, 프로그램 완료된 프로그램 상태를 확인하는 단계(S201), 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우(S203: 아니오), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압을 인가하는 단계(S205)를 포함할 수 있다. 한편, 선택된 메모리 블록에 포함된 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인 상태를 설정하는 단계(S200)는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우(S203: 예), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압보다 작은 제2 전압을 인가하는 단계(S207)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 20 , the step of setting the state of the selection line connected to the selection transistor included in the selected memory block (S200) includes the step of checking the program state of the program completed in the verification step of the previous program loop (S201), When the programming of the memory cells to be programmed into the programmed state is not completed (S203: No), a first voltage may be applied to a selection line connected to the selection transistor (S205). Meanwhile, in the step of setting the state of the selection line connected to the selection transistor included in the selected memory block (S200), when the programming of the memory cells to be programmed to the i-th program state is completed (S203: Yes), the selection line connected to the selection transistor It may include applying a second voltage lower than the first voltage (S207).

제i 프로그램 상태는 필요에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, MLC의 프로그램 동작의 경우, 제i 프로그램 상태는 제2 프로그램 상태(PV2)로 선택될 수 있다. 이 경우, 단계(S201)에서 직전 프로그램 루프의 검증 단계에서 검증 완료된 프로그램 상태들을 확인한다. 확인 결과, 제2 프로그램 상태(PV2)로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우(S203: 아니오), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압을 인가한다(S205). 이에 따라, 프로그램 동작의 초반 프로그램 루프들에서, 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에는 제1 전압이 인가될 것이다.The i-th program state may be appropriately selected as needed. For example, in the case of an MLC program operation, the i-th program state may be selected as the second program state PV2. In this case, in step S201, program states that have been verified in the verification step of the previous program loop are checked. As a result of checking, if the programming of the memory cells to be programmed to the second program state PV2 is not completed (S203: No), the first voltage is applied to the selection line connected to the selection transistor (S205). Accordingly, in program loops at the beginning of the program operation, the first voltage may be applied to the selection line connected to the selection transistor.

반대로, 제2 프로그램 상태(PV2)로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우(S203: 예), 이는 아직 프로그램 완료되지 않은 메모리 셀들은 제3 프로그램 상태(PV3)로 프로그램 될 메모리 셀임을 의미한다. 따라서, 선택 트랜지스터에서의 누설 전류 발생을 완화하기 위해 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에, 제1 전압보다 작은 제2 전압을 인가한다(S207).Conversely, if the programming of memory cells to be programmed to the second program state PV2 is completed (S203: Yes), this means that memory cells that have not yet been programmed are memory cells to be programmed to the third program state PV3. Accordingly, a second voltage lower than the first voltage is applied to the selection line connected to the selection transistor in order to alleviate leakage current in the selection transistor (S207).

이상에서는 MLC의 프로그램 동작에서 제i 프로그램 상태가 제2 프로그램 상태인 경우를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 실시 예에서, MLC의 프로그램 동작에서 제i 프로그램 상태는 제1 프로그램 상태일 수도 있다.In the above, the case where the i-th program state is the second program state in the program operation of the MLC has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. In another embodiment, in the program operation of the MLC, the i-th program state may be the first program state.

또한, TLC 프로그램 동작에 있어서, 제i 프로그램 상태는 제6 프로그램 상태일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, TLC 프로그램 동작에 있어서, 제i 프로그램 상태는 제1 내지 제5 프로그램 상태 중 어느 하나일 수도 있다.Also, in the TLC program operation, the i-th program state may be the sixth program state. However, the present invention is not limited thereto, and in the TLC program operation, the i-th program state may be any one of the first to fifth program states.

한편, 단계들(S205, S207)의 선택 트랜지스터는 드레인 선택 트랜지스터 또는 소스 선택 트랜지스터 중 어느 하나일 수 있다. 단계들(S205, S207)의 선택 트랜지스터가 드레인 선택 트랜지스터인 경우, 선택 라인은 드레인 선택 라인일 수 있다. 단계들(S205, S207)의 선택 트랜지스터가 소스 선택 트랜지스터인 경우, 선택 라인은 소스 선택 라인일 수 있다.Meanwhile, the selection transistor of steps S205 and S207 may be either a drain selection transistor or a source selection transistor. When the selection transistor of steps S205 and S207 is a drain selection transistor, the selection line may be a drain selection line. When the selection transistor of steps S205 and S207 is a source selection transistor, the selection line may be a source selection line.

도 21a는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 21b는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 일 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 21A is a timing diagram illustrating an operation of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is not completed. 21B is a timing diagram illustrating an operation of the semiconductor memory device according to an exemplary embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is completed.

도 21a를 참조하면, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않았기 때문에(S203: 아니오), 시간(t5)에서 드레인 선택 라인(DSL)에 제1 전압(VDSL1)이 인가되고(S205), 소스 선택 라인(SSL)에 전압(VSSL)이 인가된다. 이후, 시간(t6)에 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인들에 비트 라인 전압이 인가된다(S210). 보다 구체적으로, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 제1 프로그램 허용 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제1 비트 라인 전압(VBL1)이 인가된다. 한편, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 제2 프로그램 허용 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제2 비트 라인 전압(VBL2)이 인가된다. 제2 비트 라인 전압(VBL2)은 제1 비트 라인 전압(VBL1)보다 클 수 있다. 또한, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 프로그램 금지 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제3 비트 라인 전압(VBL3)이 인가된다. 제3 비트 라인 전압(VBL3)은 제2 비트 라인 전압(VBL2)보다 큰 전압으로서, 프로그램 금지 전압일 수 있다.Referring to FIG. 21A , since the programming of memory cells to be programmed to the i-th program state is not completed (S203: No), a first voltage VDSL1 is applied to the drain select line DSL at time t5 ( S205), the voltage VSSL is applied to the source select line SSL. Thereafter, bit line voltages are applied to bit lines connected to the selected memory block at time t6 (S210). More specifically, the first bit line voltage VBL1 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be first program allowable cells in the previous verifying step among the bit lines. Meanwhile, the second bit line voltage VBL2 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be second program allowable cells in the previous verifying step among the bit lines. The second bit line voltage VBL2 may be greater than the first bit line voltage VBL1. Also, among the bit lines, the third bit line voltage VBL3 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be program inhibit cells in the previous verification step. The third bit line voltage VBL3 is higher than the second bit line voltage VBL2 and may be a program inhibit voltage.

이후, 시간(t7)에서 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들에 패스 전압(Vpass)이 인가될 수 있다. 이후, 시간(t8)에서, 워드 라인들 중 프로그램 대상인 메모리 셀들과 연결된 워드 라인인 선택된 워드 라인에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가될 수 있다. Thereafter, the pass voltage Vpass may be applied to word lines connected to the selected memory block at time t7 . Thereafter, at time t8 , the program voltage Vpgm may be applied to a selected word line, which is a word line connected to memory cells to be programmed, among word lines.

도 21b를 참조하면, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되었기 때문에(S203: 예), 시간(t9)에서 드레인 선택 라인(DSL)에 제2 전압(VDSL2)이 인가되고, 소스 선택 라인(SSL)에 전압(VSSL)이 인가된다. 도 21b의 제2 전압(VDSL2)은 도 21a의 제1 전압(VDSL1)보다 작은 전압이다. 이후, 시간(t10)에 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인들에 비트 라인 전압이 인가된다. 이후, 시간(t11)에서 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들에 패스 전압(Vpass)이 인가될 수 있다. 이후, 시간(t12)에서, 워드 라인들 중 프로그램 대상인 메모리 셀들과 연결된 워드 라인인 선택된 워드 라인에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가될 수 있다.Referring to FIG. 21B, since the programming of memory cells to be programmed to the ith program state is completed (S203: Yes), the second voltage VDSL2 is applied to the drain select line DSL at time t9, and the source A voltage VSSL is applied to the selection line SSL. The second voltage VDSL2 of FIG. 21B is a voltage lower than the first voltage VDSL1 of FIG. 21A. Thereafter, a bit line voltage is applied to bit lines connected to the selected memory block at time t10. Thereafter, the pass voltage Vpass may be applied to word lines connected to the selected memory block at time t11. Thereafter, at time t12 , the program voltage Vpgm may be applied to a selected word line, which is a word line connected to memory cells to be programmed, among word lines.

도 21a 및 도 21b의 실시 예에서, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우(S203: 아니오)에는 드레인 선택 라인(DSL)에 제1 전압(VDSL1)이 인가되고, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우(S203: 예)에는 드레인 선택 라인(DSL)에 제1 전압(VDSL1)보다 작은 제2 전압(VDSL2)이 인가되는 실시 예가 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 도 23a 및 도 23b에 도시된 바와 같이 소스 선택 라인의 전압이 조절될 수도 있다.21A and 21B , when the programming of memory cells to be programmed to the ith program state is not completed (S203: No), the first voltage VDSL1 is applied to the drain select line DSL, and When the programming of memory cells to be programmed to the i-program state is completed (S203: Yes), an embodiment in which a second voltage VDSL2 lower than the first voltage VDSL1 is applied to the drain select line DSL is illustrated. However, the present invention is not limited thereto, and the voltage of the source select line may be adjusted as shown in FIGS. 23A and 23B.

도 22는 도 21a 내지 도 21b를 통해 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 다른 측면에서 설명하기 위한 그래프이다. 도 22를 참조하면, 프로그램 루프 수가 반복됨에 따라, 프로그램 단계에서 드레인 선택 라인에 인가되는 DSL 전압의 크기가 도시되어 있다. 프로그램 동작의 초반에, 즉 제i 프로그램 상태(PVi)에 대응하는 메모리 셀들의 프로그램이 완료되기 이전의 제1 내지 제K 프로그램 루프에서는 드레인 선택 라인(DSL)에 제1 전압(VDSL1)이 인가될 수 있다. 도 22에서, 제K 프로그램 루프가 수행됨에 따라 제i 프로그램 상태(PVi)에 대응하는 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 것으로 도시되어 있다. 이에 따라, 제(K+1) 프로그램 루프 및 그 이후의 프로그램 루프에서는 드레인 선택 라인(DSL)에 제1 전압(VDSL1)보다 작은 제2 전압(VDSL2)이 인가될 수 있다. 22 is a graph for explaining an operating method of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment described with reference to FIGS. 21A and 21B from another aspect. Referring to FIG. 22 , as the number of program loops is repeated, the magnitude of the DSL voltage applied to the drain select line in the program stage is shown. At the beginning of the program operation, that is, before the programming of the memory cells corresponding to the ith program state PVi is completed, in the first to Kth program loops, the first voltage VDSL1 is applied to the drain select line DSL. can In FIG. 22 , it is shown that the programming of the memory cells corresponding to the i th program state PVi is completed as the K th program loop is performed. Accordingly, in the (K+1)th program loop and subsequent program loops, the second voltage VDSL2 lower than the first voltage VDSL1 may be applied to the drain select line DSL.

도 23a는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 다른 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 23b는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 다른 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 23A is a timing diagram for describing an operation of a semiconductor memory device according to another embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is not completed. 23B is a timing diagram illustrating an operation of a semiconductor memory device according to another embodiment when programming of memory cells to be programmed to an i-th program state is completed.

도 23a를 참조하면, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않았기 때문에(S203: 아니오), 시간(t13)에서 소스 선택 라인(SSL)에 제1 전압(VSSL1)이 인가되고(S205), 드레인 선택 라인(DSL)에 전압(VDSL)이 인가된다. 이후, 시간(t14)에 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인들에 비트 라인 전압이 인가된다(S210). 보다 구체적으로, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 제1 프로그램 허용 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제1 비트 라인 전압(VBL1)이 인가된다. 한편, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 제2 프로그램 허용 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제2 비트 라인 전압(VBL2)이 인가된다. 제2 비트 라인 전압(VBL2)은 제1 비트 라인 전압(VBL1)보다 클 수 있다. 또한, 비트 라인들 중 이전 검증 단계에서 프로그램 금지 셀로 결정된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인들에는 제3 비트 라인 전압(VBL3)이 인가된다. 제3 비트 라인 전압(VBL3)은 제2 비트 라인 전압(VBL2)보다 큰 전압으로서, 프로그램 금지 전압일 수 있다.Referring to FIG. 23A , since the programming of memory cells to be programmed to the i-th program state is not completed (S203: No), the first voltage VSSL1 is applied to the source select line SSL at time t13 ( S205), the voltage VDSL is applied to the drain select line DSL. Thereafter, bit line voltages are applied to bit lines connected to the selected memory block at time t14 (S210). More specifically, the first bit line voltage VBL1 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be first program allowable cells in the previous verifying step among the bit lines. Meanwhile, the second bit line voltage VBL2 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be second program allowable cells in the previous verifying step among the bit lines. The second bit line voltage VBL2 may be greater than the first bit line voltage VBL1. Also, among the bit lines, the third bit line voltage VBL3 is applied to bit lines connected to memory cells determined to be program inhibit cells in the previous verification step. The third bit line voltage VBL3 is higher than the second bit line voltage VBL2 and may be a program inhibit voltage.

이후, 시간(t15)에서 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들에 패스 전압(Vpass)이 인가될 수 있다. 이후, 시간(t16)에서, 워드 라인들 중 프로그램 대상인 메모리 셀들과 연결된 워드 라인인 선택된 워드 라인에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가될 수 있다. Thereafter, the pass voltage Vpass may be applied to word lines connected to the selected memory block at time t15. Thereafter, at time t16 , the program voltage Vpgm may be applied to a selected word line, which is a word line connected to memory cells to be programmed, among word lines.

도 23b를 참조하면, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되었기 때문에(S203: 예), 시간(t17)에서 소스 선택 라인(SSL)에 제2 전압(VSSL2)이 인가되고, 드레인 선택 라인(DSL)에 전압(VDSL)이 인가된다. 도 23b의 제2 전압(VSSL2)은 도 23a의 제1 전압(VSSL1)보다 작은 전압이다. 이후, 시간(t18)에 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인들에 비트 라인 전압이 인가된다. 이후, 시간(t19)에서 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들에 패스 전압(Vpass)이 인가될 수 있다. 이후, 시간(t20)에서, 워드 라인들 중 프로그램 대상인 메모리 셀들과 연결된 워드 라인인 선택된 워드 라인에 프로그램 전압(Vpgm)이 인가될 수 있다.Referring to FIG. 23B , since the programming of memory cells to be programmed to the ith program state is completed (S203: Yes), the second voltage VSSL2 is applied to the source select line SSL at time t17 and drain A voltage VDSL is applied to the selection line DSL. The second voltage VSSL2 of FIG. 23B is a voltage lower than the first voltage VSSL1 of FIG. 23A. Thereafter, bit line voltages are applied to bit lines connected to the selected memory block at time t18. Thereafter, the pass voltage Vpass may be applied to word lines connected to the selected memory block at time t19. Thereafter, at time t20 , the program voltage Vpgm may be applied to a selected word line, which is a word line connected to memory cells to be programmed, among word lines.

도 23a 및 도 23b의 실시 예에서, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우(S203: 아니오)에는 소스 선택 라인(SSL)에 제1 전압(VSSL1)이 인가되고, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우(S203: 예)에는 소스 선택 라인(SSL)에 제1 전압(VSSL1)보다 작은 제2 전압(VSSL2)이 인가되는 실시 예가 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 도 21a 및 도 21b에 도시된 바와 같이 드레인 선택 라인의 전압이 조절될 수도 있다.23A and 23B , when the programming of memory cells to be programmed to the ith program state is not completed (S203: No), the first voltage VSSL1 is applied to the source select line SSL, and the first voltage VSSL1 is applied to the source select line SSL. When the programming of memory cells to be programmed in the i-program state is completed (S203: Yes), an embodiment in which a second voltage VSSL2 lower than the first voltage VSSL1 is applied to the source select line SSL is shown. However, the present invention is not limited thereto, and the voltage of the drain select line may be adjusted as shown in FIGS. 21A and 21B.

도 24는 도 23a 내지 도 23b를 통해 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 메모리 장치의 동작 방법을 다른 측면에서 설명하기 위한 그래프이다. 도 24를 참조하면, 프로그램 루프 수가 반복됨에 따라, 프로그램 단계에서 소스 선택 라인에 인가되는 SSL 전압의 크기가 도시되어 있다. 프로그램 동작의 초반에, 즉 제i 프로그램 상태(PVi)에 대응하는 메모리 셀들의 프로그램이 완료되기 이전의 제1 내지 제K 프로그램 루프에서는 소스 선택 라인(SSL)에 제1 전압(VSSL1)이 인가될 수 있다. 도 24에서, 제K 프로그램 루프가 수행됨에 따라 제i 프로그램 상태(PVi)에 대응하는 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 것으로 도시되어 있다. 이에 따라, 제(K+1) 프로그램 루프 및 그 이후의 프로그램 루프에서는 소스 선택 라인(SSL)에 제1 전압(VSSL1)보다 작은 제2 전압(VSSL2)이 인가될 수 있다. 24 is a graph for explaining an operating method of the semiconductor memory device according to the exemplary embodiment described with reference to FIGS. 23A and 23B from another aspect. Referring to FIG. 24 , as the number of program loops is repeated, the level of the SSL voltage applied to the source select line in the program stage is shown. At the beginning of the program operation, that is, before the programming of the memory cells corresponding to the ith program state PVi is completed, in the first to Kth program loops, the first voltage VSSL1 is applied to the source selection line SSL. can In FIG. 24 , it is illustrated that the programming of memory cells corresponding to the i th program state PVi is completed as the K th program loop is performed. Accordingly, the second voltage VSSL2 lower than the first voltage VSSL1 may be applied to the source selection line SSL in the (K+1)th program loop and subsequent program loops.

도 25는 도 9의 단계(S200)의 다른 실시 예를 나타내는 순서도이다.25 is a flowchart illustrating another embodiment of step S200 of FIG. 9 .

도 25를 참조하면, 선택된 메모리 블록에 포함된 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인 상태를 설정하는 단계(S200)는, 직전 프로그램 루프의 검증 단계에서, 프로그램 완료된 프로그램 상태를 확인하는 단계(S202), 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우(S204: 아니오), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압을 인가하는 단계(S206)를 포함할 수 있다. 한편, 선택된 메모리 블록에 포함된 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인 상태를 설정하는 단계(S200)는 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우(S204: 예), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압보다 작은 제2 전압을 인가하는 단계(S208)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 25 , setting the state of the selection line connected to the selection transistor included in the selected memory block (S200) includes checking the program state of the program completed in the verification step of the previous program loop (S202), and When the programming of the memory cells to be programmed into the programmed state is not completed (S204: No), a first voltage may be applied to a selection line connected to the selection transistor (S206). Meanwhile, in the step of setting the state of the selection line connected to the selection transistor included in the selected memory block (S200), when the programming of the memory cells to be programmed to the ith program state is completed (S204: Yes), the selection line connected to the selection transistor It may include applying a second voltage lower than the first voltage (S208).

도 20에 도시된 실시 예를 참조하면, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우(S203: 아니오), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압을 인가하고(S205), 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우(S203: 예), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압보다 작은 제2 전압을 인가한다(S207). Referring to the embodiment shown in FIG. 20 , when the programming of memory cells to be programmed to the i-th program state is not completed (S203: No), a first voltage is applied to a selection line connected to a selection transistor (S205); When the programming of the memory cells to be programmed to the ith program state is completed (S203: Yes), a second voltage lower than the first voltage is applied to a selection line connected to the selection transistor (S207).

반면, 도 25에 도시된 실시 예를 참조하면, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우(S204: 아니오), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압을 인가하고(S206), 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우(S204: 예), 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에 제1 전압보다 큰 제2 전압을 인가한다(S208). 즉, 도 25에 도시된 실시 예에 의하면, 프로그램 동작의 초반 프로그램 루프들에서, 선택 트랜지스터와 연결된 선택 라인에는 상대적으로 작은 크기의 제1 전압이 인가되고, 제i 프로그램 상태에 대응하는 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 이후에는 상대적으로 큰 크기의 제2 전압이 인가될 것이다.On the other hand, referring to the embodiment illustrated in FIG. 25 , when the programming of memory cells to be programmed to the ith program state is not completed (S204: No), a first voltage is applied to a selection line connected to the selection transistor (S206). ), when the programming of the memory cells to be programmed to the ith program state is completed (S204: Yes), a second voltage greater than the first voltage is applied to a selection line connected to the selection transistor (S208). That is, according to the embodiment shown in FIG. 25 , in program loops at the beginning of a program operation, a relatively small first voltage is applied to a selection line connected to a selection transistor, and memory cells corresponding to an i-th program state After the program is completed, a relatively large second voltage will be applied.

도 26은 도 1에 도시된 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다.26 is a block diagram illustrating an example of the controller shown in FIG. 1 .

도 26을 참조하면, 컨트롤러(200)는 반도체 메모리 장치(100) 및 호스트(HOST)와 연결된다. 반도체 메모리 장치(100)는 도 2를 참조하여 설명된 반도체 메모리 장치일 수 있다.Referring to FIG. 26 , the controller 200 is connected to the semiconductor memory device 100 and the host HOST. The semiconductor memory device 100 may be the semiconductor memory device described with reference to FIG. 2 .

컨트롤러(200)는 호스트(Host)로부터의 요청에 응답하여, 반도체 메모리 장치(100)를 액세스하도록 구성된다. 예를 들면, 컨트롤러(200)는 반도체 메모리 장치(100)의 읽기, 쓰기, 소거, 그리고 배경(background) 동작을 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(200)는 반도체 메모리 장치(100) 및 호스트(Host) 사이에 인터페이스를 제공하도록 구성된다. 컨트롤러(200)는 반도체 메모리 장치(100)를 제어하기 위한 펌웨어(firmware)를 구동하도록 구성된다. The controller 200 is configured to access the semiconductor memory device 100 in response to a request from a host. For example, the controller 200 is configured to control read, write, erase, and background operations of the semiconductor memory device 100 . The controller 200 is configured to provide an interface between the semiconductor memory device 100 and a host. The controller 200 is configured to drive firmware for controlling the semiconductor memory device 100 .

컨트롤러(200)는 램(210, Random Access Memory), 프로세싱 유닛(220, processing unit), 호스트 인터페이스(230, host interface), 메모리 인터페이스(240, memory interface) 및 에러 정정 블록(250)을 포함한다. 램(210)은 프로세싱 유닛(220)의 동작 메모리, 반도체 메모리 장치(100) 및 호스트(Host) 사이의 캐시 메모리, 그리고 반도체 메모리 장치(100) 및 호스트(Host) 사이의 버퍼 메모리 중 적어도 하나로서 이용된다. The controller 200 includes a RAM 210, a processing unit 220, a host interface 230, a memory interface 240, and an error correction block 250. . The RAM 210 is at least one of an operating memory of the processing unit 220, a cache memory between the semiconductor memory device 100 and the host, and a buffer memory between the semiconductor memory device 100 and the host. used

프로세싱 유닛(220)은 컨트롤러(200)의 제반 동작을 제어한다. The processing unit 220 controls overall operations of the controller 200 .

호스트 인터페이스(230)는 호스트(Host) 및 컨트롤러(200) 사이의 데이터 교환을 수행하기 위한 프로토콜을 포함한다. 예시적인 실시 예로서, 컨트롤러(200)는 USB (Universal Serial Bus) 프로토콜, MMC (multimedia card) 프로토콜, PCI (peripheral component interconnection) 프로토콜, PCI-E (PCI-express) 프로토콜, ATA (Advanced Technology Attachment) 프로토콜, Serial-ATA 프로토콜, Parallel-ATA 프로토콜, SCSI (small computer system interface) 프로토콜, ESDI (enhanced small disk interface) 프로토콜, 그리고 IDE (Integrated Drive Electronics) 프로토콜, 사유(private) 프로토콜 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 적어도 하나를 통해 호스트(Host)와 통신하도록 구성된다. The host interface 230 includes a protocol for exchanging data between a host and the controller 200 . As an exemplary embodiment, the controller 200 may include a Universal Serial Bus (USB) protocol, a multimedia card (MMC) protocol, a peripheral component interconnection (PCI) protocol, a PCI-express (PCI-E) protocol, and an Advanced Technology Attachment (ATA) protocol. protocol, Serial-ATA protocol, Parallel-ATA protocol, SCSI (small computer system interface) protocol, ESDI (enhanced small disk interface) protocol, and IDE (Integrated Drive Electronics) protocol, various interface protocols such as private protocols, etc. It is configured to communicate with a host through at least one of them.

메모리 인터페이스(240)는 반도체 메모리 장치(100)와 인터페이싱한다. 예를 들면, 메모리 인터페이스는 낸드 인터페이스 또는 노어 인터페이스를 포함한다.The memory interface 240 interfaces with the semiconductor memory device 100 . For example, the memory interface includes a NAND interface or a NOR interface.

에러 정정 블록(250)은 에러 정정 코드(ECC, Error Correcting Code)를 이용하여 반도체 메모리 장치(100)로부터 수신된 데이터의 에러를 검출하고, 정정하도록 구성된다. 프로세싱 유닛(220)은 에러 정정 블록(250)의 에러 검출 결과에 따라 읽기 전압을 조절하고, 재 읽기를 수행하도록 반도체 메모리 장치(100)를 제어할 것이다.The error correction block 250 is configured to detect and correct an error in data received from the semiconductor memory device 100 using an error correction code (ECC). The processing unit 220 adjusts the read voltage according to the error detection result of the error correction block 250 and controls the semiconductor memory device 100 to perform re-reading.

컨트롤러(200) 및 반도체 메모리 장치(100)는 하나의 반도체 장치로 집적될 수 있다. 예시적인 실시 예로서, 컨트롤러(200) 및 반도체 메모리 장치(100)는 하나의 반도체 장치로 집적되어, 메모리 카드를 구성할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(200) 및 반도체 메모리 장치(100)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 PC 카드(PCMCIA, personal computer memory card international association), 컴팩트 플래시 카드(CF), 스마트 미디어 카드(SM, SMC), 메모리 스틱, 멀티미디어 카드(MMC, RS-MMC, MMCmicro), SD 카드(SD, miniSD, microSD, SDHC), 유니버설 플래시 기억장치(UFS) 등과 같은 메모리 카드를 구성할 것이다.The controller 200 and the semiconductor memory device 100 may be integrated into one semiconductor device. As an exemplary embodiment, the controller 200 and the semiconductor memory device 100 may be integrated into a single semiconductor device to form a memory card. For example, the controller 200 and the semiconductor memory device 100 are integrated into a single semiconductor device such as a personal computer memory card international association (PCMCIA), a compact flash card (CF), or a smart media card (SM, SMC). ), memory stick, multimedia card (MMC, RS-MMC, MMCmicro), SD card (SD, miniSD, microSD, SDHC), universal flash memory (UFS), etc.

컨트롤러(200) 및 반도체 메모리 장치(100)는 하나의 반도체 장치로 집적되어 반도체 드라이브(SSD, Solid State Drive)를 구성할 수 있다. 반도체 드라이브(SSD)는 반도체 메모리에 데이터를 저장하도록 구성되는 메모리 시스템(1000)을 포함한다. 컨트롤러(200) 및 반도체 메모리 장치(100)를 포함하는 메모리 시스템(1000)이 반도체 드라이브(SSD)로 이용되는 경우, 메모리 시스템(1000)에 연결된 호스트(Host)의 동작 속도는 획기적으로 개선된다.The controller 200 and the semiconductor memory device 100 may be integrated into a single semiconductor device to form a solid state drive (SSD). A semiconductor drive (SSD) includes a memory system 1000 configured to store data in a semiconductor memory. When the memory system 1000 including the controller 200 and the semiconductor memory device 100 is used as a semiconductor drive (SSD), the operating speed of a host connected to the memory system 1000 is remarkably improved.

다른 예로서, 컨트롤러(200) 및 반도체 메모리 장치(100)를 포함하는 메모리 시스템(1000)은 컴퓨터, UMPC (Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 넷북(net-book), PDA (Personal Digital Assistants), 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), e-북(e-book), PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 블랙박스(black box), 디지털 카메라(digital camera), 3차원 수상기(3-dimensional television), 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), 정보를 무선 환경에서 송수신할 수 있는 장치, 홈 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 컴퓨터 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 텔레매틱스 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, RFID 장치, 또는 컴퓨팅 시스템을 구성하는 다양한 구성 요소들 중 하나 등과 같은 전자 장치의 다양한 구성 요소들 중 하나로 제공된다.As another example, the memory system 1000 including the controller 200 and the semiconductor memory device 100 may be used in computers, ultra mobile PCs (UMPCs), workstations, net-books, personal digital assistants (PDAs), Portable computers, web tablets, wireless phones, mobile phones, smart phones, e-books, portable multimedia players (PMPs), Portable game consoles, navigation devices, black boxes, digital cameras, 3-dimensional televisions, digital audio recorders, digital audio players , digital picture recorder, digital picture player, digital video recorder, digital video player, device capable of transmitting and receiving information in a wireless environment, home network One of various electronic devices constituting a computer network, one of various electronic devices constituting a telematics network, an RFID device, or one of various components constituting a computing system, etc. It is provided as one of the various components of the same electronic device.

예시적인 실시 예로서, 반도체 메모리 장치(100) 및 이를 포함하는 메모리 시스템은 다양한 형태들의 패키지로 실장될 수 있다. 예를 들면, 반도체 메모리 장치(100) 또는 메모리 시스템은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline Integrated Circuit Package(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline Package(TSOP), System In Package(SIP), Multi-Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 방식으로 패키지화되어 실장될 수 있다.As an exemplary embodiment, the semiconductor memory device 100 and a memory system including the semiconductor memory device 100 may be mounted in various types of packages. For example, the semiconductor memory device 100 or memory system may include Package on Package (PoP), Ball Grid Arrays (BGAs), Chip Scale Packages (CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC), Plastic Dual In Line Package (PDIP) ), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board (COB), Ceramic Dual In Line Package (CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack (MQFP), Thin Quad Flatpack (TQFP), Small Outline Integrated Circuit Package ( SOIC), Shrink Small Outline Package (SSOP), Thin Small Outline Package (TSOP), System In Package (SIP), Multi-Chip Package (MCP), Wafer-level Fabricated Package (WFP), Wafer-Level Processed Stack Package ( WSP) and the like may be packaged and mounted.

도 27은 도 26의 메모리 시스템의 응용 예를 보여주는 블록도이다.27 is a block diagram illustrating an application example of the memory system of FIG. 26 .

도 27을 참조하면, 메모리 시스템(2000)은 반도체 메모리 장치(2100) 및 컨트롤러(2200)를 포함한다. 반도체 메모리 장치(2100)는 다수의 반도체 메모리 칩들을 포함한다. 다수의 반도체 메모리 칩들은 다수의 그룹들로 분할된다.Referring to FIG. 27 , a memory system 2000 includes a semiconductor memory device 2100 and a controller 2200 . The semiconductor memory device 2100 includes a plurality of semiconductor memory chips. A number of semiconductor memory chips are divided into a number of groups.

도 27에서, 다수의 그룹들은 각각 제 1 내지 제 k 채널들(CH1~CHk)을 통해 컨트롤러(2200)와 통신하는 것으로 도시되어 있다. 각 반도체 메모리 칩은 도 2를 참조하여 설명된 반도체 메모리 장치(100)와 마찬가지로 구성되고, 동작할 것이다.In FIG. 27 , a plurality of groups are illustrated as communicating with the controller 2200 through the first to k th channels CH1 to CHk, respectively. Each semiconductor memory chip may be configured and operated similarly to the semiconductor memory device 100 described with reference to FIG. 2 .

각 그룹은 하나의 공통 채널을 통해 컨트롤러(2200)와 통신하도록 구성된다. 컨트롤러(2200)는 도 26을 참조하여 설명된 컨트롤러(200)와 마찬가지로 구성되고, 다수의 채널들(CH1~CHk)을 통해 반도체 메모리 장치(2100)의 다수의 메모리 칩들을 제어하도록 구성된다. Each group is configured to communicate with the controller 2200 through one common channel. The controller 2200 is configured similarly to the controller 200 described with reference to FIG. 26 and is configured to control a plurality of memory chips of the semiconductor memory device 2100 through a plurality of channels CH1 to CHk.

도 28은 도 27을 참조하여 설명된 메모리 시스템을 포함하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.FIG. 28 is a block diagram illustrating a computing system including the memory system described with reference to FIG. 27 .

컴퓨팅 시스템(3000)은 중앙 처리 장치(3100), 램(3200, RAM, Random Access Memory), 사용자 인터페이스(3300), 전원(3400), 시스템 버스(3500), 그리고 메모리 시스템(2000)을 포함한다.The computing system 3000 includes a central processing unit 3100, a RAM 3200 (RAM, Random Access Memory), a user interface 3300, a power supply 3400, a system bus 3500, and a memory system 2000. .

메모리 시스템(2000)은 시스템 버스(3500)를 통해, 중앙처리장치(3100), 램(3200), 사용자 인터페이스(3300), 그리고 전원(3400)에 전기적으로 연결된다. 사용자 인터페이스(3300)를 통해 제공되거나, 중앙 처리 장치(3100)에 의해서 처리된 데이터는 메모리 시스템(2000)에 저장된다.The memory system 2000 is electrically connected to the central processing unit 3100, the RAM 3200, the user interface 3300, and the power supply 3400 through a system bus 3500. Data provided through the user interface 3300 or processed by the CPU 3100 is stored in the memory system 2000 .

도 28에서, 반도체 메모리 장치(2100)는 컨트롤러(2200)를 통해 시스템 버스(3500)에 연결되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 반도체 메모리 장치(2100)는 시스템 버스(3500)에 직접 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 컨트롤러(2200)의 기능은 중앙 처리 장치(3100) 및 램(3200)에 의해 수행될 것이다.In FIG. 28 , the semiconductor memory device 2100 is illustrated as being connected to the system bus 3500 through the controller 2200 . However, the semiconductor memory device 2100 may be configured to be directly connected to the system bus 3500 . At this time, the function of the controller 2200 will be performed by the central processing unit 3100 and RAM 3200.

도 28에서, 도 27을 참조하여 설명된 메모리 시스템(2000)이 제공되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 메모리 시스템(2000)은, 도 26을 참조하여 설명된 컨트롤러(200) 및 반도체 메모리 장치(100)를 포함하는 메모리 시스템(1000)으로 대체될 수 있다. In FIG. 28 , the memory system 2000 described with reference to FIG. 27 is shown as being provided. However, the memory system 2000 may be replaced with the memory system 1000 including the controller 200 and the semiconductor memory device 100 described with reference to FIG. 26 .

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.Embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only presented as specific examples to easily explain the technical content of the present invention and help understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 반도체 메모리 장치 110: 메모리 셀 어레이
120: 어드레스 디코더 130: 읽기 및 쓰기 회로
140: 제어 로직 150: 전압 생성부
200: 컨트롤러 300: 호스트
1000: 메모리 시스템
100: semiconductor memory device 110: memory cell array
120: address decoder 130: read and write circuit
140: control logic 150: voltage generator
200: Controller 300: Host
1000: memory system

Claims (20)

복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들을 프로그램하기 위한 복수의 프로그램 루프를 포함하는 반도체 메모리 장치의 동작 방법으로서, 상기 복수의 프로그램 루프 각각은 프로그램 단계 및 검증 단계를 포함하고, 상기 프로그램 단계는:
상기 선택된 메모리 셀들을 포함하는, 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하는 단계;
상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 단계;
상기 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들 중 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하고, 비선택된 워드 라인에 패스 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
상기 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인들의 상태를 설정하는 단계에서는, 상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 선택 라인에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
A method of operating a semiconductor memory device including a plurality of program loops for programming selected memory cells among a plurality of memory cells, each of the plurality of program loops including a program step and a verify step, the programming step comprising:
setting a state of a selection line connected to a selected memory block including the selected memory cells;
setting a state of a bit line connected to the selected memory block;
applying a program voltage to a selected word line among word lines connected to the selected memory block and applying a pass voltage to an unselected word line;
In the step of setting the state of the selection lines connected to the selected memory block, a voltage is applied to the selection line based on a program progress state of the selected memory cells.
제1 항에 있어서, 상기 복수의 메모리 셀들 각각은 N 비트의 데이터를 저장하고,
상기 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인들의 상태를 설정하는 단계는:
직전 프로그램 루프의 검증 단계에서 프로그램 완료된 프로그램 상태를 확인하는 단계; 및
상기 확인 결과, 제1 내지 제(2N-1) 프로그램 상태 중, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 상기 선택 라인에 제1 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
(여기에서, N은 1보다 큰 자연수이고, i는 0보다 크고 (2N-1)보다 작은 자연수)
The method of claim 1 , wherein each of the plurality of memory cells stores N bits of data,
The step of setting the state of selection lines connected to the selected memory block is:
checking a program state of a program completed in a verification step of a previous program loop; and
and applying a first voltage to the selection line when, as a result of the check, the programming of memory cells to be programmed to the i-th program state is not completed among the first to (2 N -1)-th programmed states. Characterized in, a method of operating a semiconductor memory device.
(Where N is a natural number greater than 1, and i is a natural number greater than 0 and less than (2 N -1))
제2 항에 있어서, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 선택 라인들의 상태를 설정하는 단계는:
상기 확인 결과, 상기 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 상기 선택 라인에 상기 제1 전압과 상이한 제2 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
3. The method of claim 2, wherein setting states of selection lines connected to the selected memory block comprises:
and applying a second voltage different from the first voltage to the selection line when programming of the memory cells to be programmed to the i-th programmed state is completed as a result of the check. method.
제3 항에 있어서, 상기 선택 라인은 드레인 선택 라인인 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.4. The method of claim 3, wherein the selection line is a drain selection line. 제3 항에 있어서, 상기 선택 라인은 소스 선택 라인인 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.4. The method of claim 3, wherein the selection line is a source selection line. 제3 항에 있어서, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 작은 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.4. The method of claim 3, wherein the second voltage is lower than the first voltage. 제3 항에 있어서, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 큰 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.4. The method of claim 3, wherein the second voltage is higher than the first voltage. 제2 항에 있어서, 상기 N은 2이고, 상기 i는 2인 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.3. The method of claim 2, wherein N is 2 and i is 2. 제2 항에 있어서, 상기 N은 3이고, 상기 i는 6인 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.3. The method of claim 2, wherein N is 3 and i is 6. 제1 항에 있어서, 상기 검증 단계는:
상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프리 검증 전압을 인가하는 단계; 및
상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 상기 프리 검증 전압보다 큰 메인 검증 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
2. The method of claim 1, wherein the verifying step:
applying a pre-verification voltage to word lines connected to the selected memory cells; and
and applying a main verify voltage higher than the pre-verify voltage to word lines connected to the selected memory cells.
제10 항에 있어서, 상기 검증 단계는:
상기 메인 검증 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
11. The method of claim 10, wherein the verifying step:
The method of operating a semiconductor memory device of claim 1 , further comprising determining memory cells having a threshold voltage higher than the main verification voltage as program inhibit cells.
제11 항에 있어서, 상기 검증 단계는:
상기 프리 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 제1 프로그램 허용 셀로 결정하는 단계; 및
상기 프리 검증 전압보다 높고 상기 메인 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 상기 제2 프로그램 허용 셀로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
12. The method of claim 11, wherein the verifying step:
determining memory cells having a threshold voltage lower than the pre-verification voltage as first program allowable cells; and
and determining memory cells having a threshold voltage higher than the pre-verification voltage and lower than the main verification voltage as the second program-allowed cells.
제12 항에 있어서, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 단계는:
상기 제1 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 제1 프로그램 허용 전압을 인가하는 단계; 및
상기 제2 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제1 프로그램 허용 전압보다 큰 제2 프로그램 허용 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
13. The method of claim 12, wherein setting a state of a bit line connected to the selected memory block comprises:
applying a first program enable voltage to a bit line connected to the first program enable cell; and
and applying a second program allowable voltage higher than the first program allowable voltage to a bit line connected to the second program allowable cell.
제13 항에 있어서, 상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 단계는:
상기 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제2 프로그램 허용 전압보다 큰 프로그램 금지 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치의 동작 방법.
14. The method of claim 13, wherein setting a state of a bit line connected to the selected memory cells comprises:
The method of operating the semiconductor memory device of claim 1 , further comprising applying a program inhibit voltage higher than the second program inhibit voltage to a bit line connected to the program inhibit cell.
메모리 셀 당 N 비트의 데이터를 저장하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 블록;
상기 메모리 블록에 포함된 복수의 메모리 셀들 중, 선택된 메모리 셀들에 대한 프로그램 동작을 수행하는 주변 회로; 및
상기 주변 회로의 프로그램 동작을 제어하는 제어 로직을 포함하는 반도체 메모리 장치로서,
상기 프로그램 동작은 복수의 프로그램 루프를 포함하고, 상기 복수의 프로그램 루프 각각은 프로그램 단계 및 검증 단계를 포함하며, 상기 프로그램 단계에서 상기 제어 로직은:
상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하고;
상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하며;
상기 선택된 메모리 블록과 연결된 워드 라인들 중 선택된 워드 라인에 프로그램 전압을 인가하고, 비선택된 워드 라인에 패스 전압을 인가하도록, 상기 주변 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치.
(여기에서, N은 1보다 큰 자연수)
a memory block including a plurality of memory cells storing N bits of data per memory cell;
a peripheral circuit that performs a program operation on selected memory cells among a plurality of memory cells included in the memory block; and
A semiconductor memory device including control logic for controlling a program operation of the peripheral circuit,
The program operation includes a plurality of program loops, each of the plurality of program loops includes a program step and a verify step, wherein the control logic in the program step:
setting a state of a selection line connected to the memory block based on a program progress state of the selected memory cells;
set a state of a bit line connected to the selected memory block;
The semiconductor memory device of claim 1 , wherein the peripheral circuit is controlled to apply a program voltage to a selected word line among word lines connected to the selected memory block and a pass voltage to an unselected word line.
(where N is a natural number greater than 1)
제15 항에 있어서, 상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하는 과정에서, 상기 제어 로직은,
직전 프로그램 루프의 검증 단계에서 프로그램 완료된 프로그램 상태를 확인하고,
상기 확인 결과, 제1 내지 제(2N-1) 프로그램 상태 중, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료되지 않은 경우, 상기 선택 라인에 제1 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치.
(여기에서, i는 0보다 크고 (2N-1)보다 작은 자연수)
16. The method of claim 15, wherein in the process of setting a state of a selection line connected to the memory block based on a program progress state of the selected memory cells, the control logic comprises:
In the verification step of the previous program loop, the status of the completed program is checked,
As a result of the check, if the programming of memory cells to be programmed to the ith program state is not completed among the first to (2 N -1) th program states, the peripheral circuit is controlled to apply a first voltage to the selection line. Characterized in that, a semiconductor memory device.
(where i is a natural number greater than 0 and less than (2 N -1))
제16 항에 있어서, 상기 선택된 메모리 셀들의 프로그램 진행 상태에 기초하여 상기 메모리 블록과 연결된 선택 라인의 상태를 설정하는 과정에서, 상기 제어 로직은,
상기 확인 결과, 제1 내지 제(2N-1) 프로그램 상태 중, 제i 프로그램 상태로 프로그램 될 메모리 셀들의 프로그램이 완료된 경우, 상기 선택 라인에 상기 제1 전압과 상이한 제2 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치.
17. The method of claim 16, wherein in a process of setting a state of a selection line connected to the memory block based on a program progress state of the selected memory cells, the control logic comprises:
As a result of the check, when programming of memory cells to be programmed to the i-th program state is completed among the first to (2 N -1)-th program states, a second voltage different from the first voltage is applied to the selection line. A semiconductor memory device characterized in that it controls peripheral circuits.
제17 항에 있어서, 상기 선택 라인은 드레인 선택 라인이고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 작은 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치.18. The semiconductor memory device according to claim 17, wherein the selection line is a drain selection line, and the second voltage is lower than the first voltage. 제15 항에 있어서, 상기 검증 단계에서 상기 제어 로직은:
상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 프리 검증 전압을 인가하고, 상기 선택된 메모리 셀들과 연결된 워드 라인에 상기 프리 검증 전압보다 큰 메인 검증 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어하고;
상기 메인 검증 전압보다 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 프로그램 금지 셀로 결정하고, 상기 프리 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 제1 프로그램 허용 셀로 결정하며, 상기 프리 검증 전압보다 높고 상기 메인 검증 전압보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들을 상기 제2 프로그램 허용 셀로 결정하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치.
16. The method of claim 15, wherein the control logic in the verification step:
controlling the peripheral circuit to apply a pre-verification voltage to a word line connected to the selected memory cells and to apply a main verify voltage higher than the pre-verification voltage to a word line connected to the selected memory cells;
Memory cells having a threshold voltage higher than the main verify voltage are determined as program inhibit cells, memory cells having a threshold voltage lower than the pre-verify voltage are determined as first program-allowed cells, and memory cells having a threshold voltage lower than the pre-verify voltage are determined as first program-allowed cells, and the main verify voltage is higher than the pre-verify voltage. The semiconductor memory device of claim 1 , wherein memory cells having a lower threshold voltage are determined as the second program allowable cells.
제19 항에 있어서, 상기 선택된 메모리 블록과 연결된 비트 라인의 상태를 설정하는 과정에서, 상기 제어 로직은:
상기 제1 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 제1 프로그램 허용 전압을 인가하고, 상기 제2 프로그램 허용 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제1 프로그램 허용 전압보다 큰 제2 프로그램 허용 전압을 인가하며, 상기 프로그램 금지 셀과 연결된 비트 라인에 상기 제2 프로그램 허용 전압보다 큰 프로그램 금지 전압을 인가하도록 상기 주변 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는, 반도체 메모리 장치.
20. The method of claim 19, wherein in the process of setting a state of a bit line connected to the selected memory block, the control logic:
a first program allowable voltage is applied to a bit line connected to the first program allowable cell, and a second program allowable voltage greater than the first program allowable voltage is applied to a bit line connected to the second program allowable cell; The semiconductor memory device of claim 1 , wherein the peripheral circuit is controlled to apply a program inhibiting voltage higher than the second program inhibiting voltage to a bit line connected to an inhibit cell.
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